Установка для изучения дифракции Френеля на круглом отверстии

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ДИФРАКЦИИ ФРЕНЕЛЯ НА КРУГЛОМ ОТВЕРСТИИ(71) Заявитель Учреждение образования Брестский государственный университет имени А.С.Пушкина(72) Автор Косарев Валерий Михайлович(73) Патентообладатель Учреждение образования Брестский государственный университет имени А.С.Пушкина(57) Установка для изучения дифракции Френеля на круглом отверстии, содержащая точечный источник квазимонохроматического света, металлическую фольгу с круглым отверстием в ней, биологический микроскоп, к корпусу которого прикреплена миллиметровая шкала с нониусом, отличающаяся тем, что в качестве точечного источника квазимонохроматического света используется светодиод, расположенный на расстоянии 0,45 м от круглого отверстия.(56) 1. Косарев В.М. О мнимых дифракционных картинах Френеля // Веснк Брэсцкага унверстэта. - 1998. -2. - С. 88-91. 2. Ландсберг Г.С. Оптика. - М. Наука, 1976. - С. 928. Фиг. 2 Установка для изучения дифракции Френеля на круглом отверстии предназначена для использования ее в учебном процессе высших учебных заведений в лабораторном практикуме по общей физике при изучении темы Дифракция света. Существует аналог предлагаемой полезной модели 1, С. 88. В ней дифракционные картины Френеля наблюдаются на установке, оптическая схема которой приведена на фиг. 1. В качестве источника света используется лампочка накаливания 1, монохроматизация света осуществляется красным абсорбционным светофильтром 2. Нить накаливания лампочки 1 с помощью объектива 3 от другого микроскопа (увеличение объектива 40) 80702012.04.30 проецируется на маленькое отверстие 4, проделанное в металлической фольге с помощью иголки. Это отверстие играет роль точечного монохроматического источника света. Сферическая световая волна от этого источника падает на круглое отверстие 5 диаметром примерно 1 мм, проделанное в металлической фольге, дифрагирует на нем. Дифракционные картины в ближней зоне (дифракция Френеля) наблюдаются с помощью микроскопа 6. Схема установки, предлагаемая в 1, имеет существенные недостатки. В ней для создания точечного квазимонохроматического источника света используется лампочка накаливания, абсорбционный стеклянный светофильтр, объектив от микроскопа, металлическая фольга с малым отверстием диаметром примерно 0,3 мм. Настройка этого узла достаточно сложная, степень монохроматичности получаемого света невысокая, энергопотребление большое. Задача, решаемая при создании данной полезной модели, заключается в создании учебной установки для изучения дифракции Френеля на круглом отверстии, которая была бы экономной, не требовала сложных микронастроек, имела точечный источник квазимо нохроматического света со степенью монохроматичностине менее 40, гдеполуширина полосы излучения,- среднее значение длины волны излучаемого света. Величинавлияет на четкость наблюдаемой дифракционной картины чем больше , тем более четкая картина в виде темных и светлых колец, тем точнее измерения. Поставленная задача решается следующим образом. Вместо элементов 1, 2, 3, 4 (фиг. 1),с помощью которых моделируется точечный источник квазимонохроматического света в работе 1, мы используем один светодиод. В результате получаем более экономичную, не требующую сложных микронастроек установку для изучения дифракции Френеля на круглом отверстии, содержащую точечный источник квазимонохроматического света, металлическую фольгу с круглым отверстием в ней, биологический микроскоп, к корпусу которого прикреплена металлическая шкала с нониусом, отличающуюся тем, что в качестве точечного источника квазимонохроматического света используется светодиод, расположенный на расстоянии 0,45 м от круглого отверстия, на котором идет дифракция света. Светодиод и центр круглого отверстия в металлической фольге расположены на оптической оси биологического микроскопа. Степень монохроматичноститочечного источника квазимонохроматического света, содержащегося в конструкции данной установки, более 40, поэтому мы имеем возможность наблюдать четкие дифракционные картины. На фиг. 1, 2 и 3 показаны оптическая схема аналога предлагаемой модели, оптическая схема предлагаемой установки и фотографии дифракционных картин, наблюдаемых на установке. На фиг. 1 показана оптическая схема аналога предлагаемой модели 1 - лампочка накаливания, 2 - абсорбционный светофильтр, 3 - объектив, 4 и 5 - металлическая фольга с отверстием, 6 - микроскоп. На фиг. 2 показана оптическая схема предлагаемой установки 7 - светодиод, 5 - металлическая фольга с отверстием, 6 - микроскоп, 8 - миллиметровая шкала с нониусом. На фиг. 3 представлены фотографии дифракционных картин, наблюдаемых на разных расстояниях от отверстия, на котором идет дифракция Френеля, до плоскости, в которой наблюдаются дифракционные картины. Оптическая схема предлагаемой установки представлена на фиг. 2. Оптическая ось биологического микроскопа 6 типа МБУ-4 с объективом 10 и окуляром 10, с помощью которого наблюдаются дифракционные картины Френеля, ориентируется горизонтально. В центре предметного столика биологического микроскопа крепится металлическая фольга 5, в которой с помощью иголки прокалывается круглое отверстие диаметром примерно 1 мм. Центр этого отверстия располагается на оптической оси биологического микроскопа. В качестве точечного источника квазимонохроматического света используется крас 2 80702012.04.30 ный светодиод 7, полоса излучения которого имеет полуширину 13 нм, а длину волны максимума 634 нм. Расстояние от светодиода 7 до отверстия в металлической фольге 5 равно 0,45 м. К корпусу биологического микроскопа крепится миллиметровая шкала с нониусом 8, позволяющая отсчитывать расстояния от отверстия в металлической фольге 5, на котором идет дифракция Френеля, до плоскости, в которой наблюдаются дифракционные картины, с точностью до 0,1 мм. Изменяя это расстояние путем перемещения тубуса биологического микроскопа, изменяем и число открываемых отверстием в металлической фольге 5 зон Френеля. Это приводит к изменению вида дифракционных картин, в частности числа наблюдаемых темных и светлых колец. На фиг. 3 представлены фотографии дифракционных картин, наблюдаемых на разных расстояниях , когда круглое отверстие в металлической фольге 5 открывает 9 зон Френеля (а) и 10 зон Френеля (б). Подсчитывая числооткрытых зон Френеля по количеству наблюдаемых темных колец 1 и измеряя расстояниеот отверстия в металлической фольге 5 до плоскости, в которой наблюдается дифракционная картина, можно экспериментально проверить справедливость основной формулы, описывающей дифракцию Френеля на круглом отверстии 2, а именно, что больший радиускольцевых зон Френеля рассчитывается по формуле, где- расстояние от точечного источника света до отверстия, на котором идет дифракция света,- расстояние от отверстия, на котором идет дифракция света, до плоскости, на которой наблюдается дифракционная картина,- номер зоны. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3