Особенности получения дифракционных изображений
При работе с полупроводниковым лазером следует учитывать, что по координате Y имеется неоднородность распределения интенсивности излучения в пучке, вызванное дифракцией на р-п -переходе.
Также загрязнение поверхности приемной матрицы (пылинки и пр.) приводит к появлению дополнительных локальных искажений изображения (см. рис. 14). Поэтому следует тщательно выбрать анализируемую строку в кадре изображения (положение горизонтальной линии перекрестью курсора.
Рис. 14. Выбор строки изображения для анализа
При работе со щелью переменной ширины следует установить требуемую ширину а с помощью микрометрического винта с учетом поправки: а =А-А0, где А — отсчет по лимбу, А0 — поправка.
Ниже на рис.15 приведены примеры визуализируемых изображений при увеличении ширины щели а.
Рис. 15. Дифракционные изображения от щели переменной ширины
с соответствующим графиком распределения интенсивности по строке
(1—8 ширина щели возрастает).
Идентификация номера структуры на объекте производится следующим образом (на примере ряда С объекта МОЛ-1). Внешний вид объекта МОЛ-1 приведен на рис. 16 (более подробное описание см. Описание объекта МОЛ-1).
После получения изображения дифракционной картины следует вращением объекта МОЛ-1 вокруг оптической оси получить последовательно ряд изображений, как показано на рис. 17. Начало отсчета в нумерации структур следует установить по переходу от изображения 1 к изображению 16. Далее следует визуальный контроль числа дополнительных дифракционных максимумов для структур 1 .. 16, визуализируемых на экране монитора, изменяя при необходимости уровень усиления и накопления. Допускается перенасыщение изображения центрального максимума.
Рис. 16. Схема расположения структур объекта МОЛ-1
(Ряд С одинарные щели толщины d (в мкм) в порядке возрастания номера:
8;10; 12; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 60; 70; 80; 90; 100).
ВНИМАНИЕ! Ввиду особенностей технологии изготовления тест-объектов МОЛ-01-1 при использовании лазерных источников с длиной волны 633 и 650 нм покрытие имеет характеристики полупрозрачного зеркала и распределение в центральном максимуме имеет сложную форму (интерференция прошедшего излучения с дифрагировавшим). Максимумы более высоких порядков (боковые) воспроизводятся без искажений.
Рис. 17. Дифракционные изображения от структур №№ 1-16 ряда С объекта МОЛ-1
Приложение 5.
Модульный учебный комплекс ЛКО-1
Техническое описание
Лабораторные комплексы по оптике ЛКО-1 и ЛК0-1А предназначены для постановки лабораторных, работ по оптике в физическом практикуме вузов, колледжей, лицеев и школ. Позволяют изучать закономерности геометрической оптики, фотометрии, интерференции, дифракции, поляризации, а также их применение к решению измерительных задач. Совместно с модулями расширения МРО-1, МРО-2 и МРО-3 реализуют работы по интерферометрии, акустооптике и фотоупругости.
Комплексы серии ЛКО-1 обеспечивают постановку лабораторных работ по темам базового каталога, отмеченным знаком +:
ЛК0-1А ЛКО-1
ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА
1. Измерение преломляющих углов клина и призмы + +
2. Измерение показателей преломления твердых тел + +
3. Измерение показателей преломления жидкостей + +
4. Фокусные расстояния и увеличения линз + +
5. Моделирование проекционного микроскопа + +
6. Визуализация к анализ стоячей ультразвуковой волны
ФОТОМЕТРИЯ
7. Расходимость пучка и сила света лазера + +
8. Интенсивность в сферической волне + +
9. Преобразование силы света линзами + +
10. Закон Бугера. Показатель поглощения раствора +
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ
11. Опыт Юнга. Закономерности интерференции + +
12. Бипризма Френеля. Измерение длины волны света + +
13. Кольца Ньютона. Измерение кривизны поверхности +
14. Интерференция при отражении от пластины + +
15. Полосы равного наклона + +
16. Интерференция частично когерентного света:
16.А. Оценка длины когерентности по числу полос +
16.Б. Определение предельного размера источника +
16.В. Оценка радиуса когерентности с помощью опыта Юнга +
16. Г. Локализация полос, интерференции +
ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ
17. Изучение интерферометра Майкельсона или Маха-Цендера
18. Оценка длины когерентности излучения лазера + +
19. Оценка радиуса когерентности излучения лазера
20. Измерение малых деформаций и модуля Юнга
21. Измерение показателей преломления пластин + +
22. Измерение показателя преломления воздуха
ДИФРАКЦИЯ
23. Закономерности дифракции. Пределы геом. оптики + +
24. Дифракция на крае экрана + +
25. Дифракция Френеля на различных препятствиях + +
26. Дифракция Фраунгофера на различных препятствиях + +
27. Разрешающая способность линзы + +
28. Одномерные и двумерные дифракционные решетки + +
29. Измерение длины волны света в веществе + +
30. Дифракция света на ультразвуке
ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА
31. Поляризатор и анализатор. Закон Малюса + +
32. Угол Брюстера. Измерение показателей преломления + +
33. Эллиптическая поляризация + +
34. Искусственная оптич. анизотропия (фотоупругость)
35. Естественное вращение плоскости поляризации + +
36. Магнитное вращение плоскости поляризации +
ДИСПЕРСИЯ. СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
37. Дисперсия стеклянной призмы +
38. Спектральные параметры дифракционной решетки
2. ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
Источники излучения:
1.Одномодовый гелий-неоновый лазер
длина волны 0,6328 мкм
мощность 1-3 мВт
Лампа накаливания, 8В, 60 мА (в ЛК0-1А и МРО-4)
Комплект светодиодов, 4шт. (в ЛК0-1А и МРО-4)
Напряжение питания комплекса 220 В, 50 Гц
Потребляемая мощность 60 Вт
Габаритные размеры 0.80X0,30X0,36 м
Масса комплекта 4 0 кг
3. СОСТАВ ИЗДЕЛИЯ
Комплексы ЛКО-1 содержат три уровня организации, отвечающих методической целесообразности, и выделенных конструктивно:
— оптическая база, обеспечивающая создание и разводку оптического излучения, размещение функциональных модулей на оптической оси установки с перемещением вдоль оптической оси, размещение вспомогательных и неиспользуемых узлов, электропитание;
— набор функциональных модулей, обеспечивающий необходимые преобразования лазерного пучка, регистрацию излучения, установку и перемещение исследуемых объектов в пучке излучения;
— набор изучаемых объектов, обеспечивающий наблюдение и изучение оптических явлений.
СОСТАВ КОМПЛЕКСОВ ЛКО-1 И ЛКО-1А И комплекта МРО-4
Поз. НАИМЕНОВАНИЕ Количество
ЛКО-1А -1 МРО4
1. Каркас с полкой 1 1 —
2. Блок питания и управления 1 1 —
3. Оптическая скамья (рельс) со шкалой 1 1 —
4. Лазер гелий-неоновый одномод., тип ГН-3 Р = 2мВт 1 1 —
5. Фотоприемник ИСФ-1 1 1 —
6. Модуль 1 — зеркало нижнее 1 1 —
7. Модуль 2 — зеркало верхнее (на рейтере) 1 1 —
8. Модуль 3 — микропроектор (f = +15мм) 11-
9. Модуль 5 — конденсор (f = +12мм) с экраном 1 1 —
10. Модуль 6 — объектив (f = +100….120 мм) 1 1 —
11. Модуль 7 — отражатель- 1-1
12. Модуль 8 — кассета в двухкоординатном держателе 1 1 —
13. Модуль 10 — кассета в поворотном держателе 1 1 —
14.
15. Модуль 12 — поляризатор в поворотном держателе 2 2 —
16. Модуль 13 — стол поворотный 1 1 —
17. Модуль 21 – осветитель — — —
19. Модуль 28 — блок светофильтров — — —
20. Модуль 29 — окуляр-микрометр с держателем 1 — 1
21. Красный фонарь-светодиод КФ (624 нм) 1 — 1
22. Желтый фонарь-светодиод ЖФ (589 нм) 1 — 1
23. Зеленый фонарь-светодиод ЗФ (522 нм) 1 — 1
24. Синий фонарь-светодиод СФ (470 нм) 1 — 1
24. Белый фонарь-лампа БФ (12В, 6 5 мА) 1 — 1
25. Набор объектов в коробках 1 1 —
27. Комплект ЗИП 1 1 —
28. Паспорт и техническое описание ЛКО-1А/ЛКО-1/МРО-4 1 l l
29. Учебное пособие Модульный оптический практикум 1 1 —
КОМПЛЕКТ МОДУЛЕЙ РАСШИРЕНИЯ МРО-5
30. Модуль 27 — соленоид (число витков N = ) 1 — —
Блок питания соленоида N: 1 — —
Паспорт и техническое описание МРО-5 1 — —
НАБОР ОБЪЕКТОВ
Набор объектов включает оптические элементы, установленные в прямоугольных экранах, на которых нанесен номер объекта. Некоторые объекты (кюветы) используются без экранов.
Номер Количество
| № | Содержание | ЛКО1А | ЛКО | МРО |
| 2. | Шкала прямоугольная 1,00 мм | — | ||
| 4. | Пластина стекл. плоскопаралл., толщина 1,1 мм | — | ||
| 5. | Пластина стекл. плоскопаралл., толщина 4,8 мм | — | ||
| 6. | Пластина пласмассовая, толщина 4,0 мм | — | ||
| 7. | Клин стеклянный, угол  = 2,0 градусов | — | ||
| 8. | Призма крон 60° | — | ||
| 9. | Призма флинт 60° | — | ||
| 11. | Бипризма | — | ||
| 12. | Линза f = +(300 — 500)мм | — | ||
| 13. | Линза f = +(25 — 30)мм | — | ||
| 14. | Линза f = -(150-300)мм | — | ||
| 15. | Диск 2,0 мм | — | ||
| 16. | Зонная пластинка | — | ||
| 17. | Сложная фигура | — | ||
| 18. | Круглое отверстие 1,0 мм | — | ||
| 19. | Круглое отверстие 2,0 мм | ь | — | |
| 20. | Квадратное отверстие 2*2 мм | — | ||
| 21. | Прямоугольное отверстие 1*2 мм | — | ||
| Треугольное отверстие | — | |||
| 23. | Щель 0,5 мм | — | ||
| 24. | Щель 1,0 мм | — | ||
| 25. | Щель раздвижная | — | — | — |
| 25М | Щель раздвижная микрометрическая | — | ||
| 26 . | Диафрагма 0,5-5 мм | — | — | |
| 27 . | Две щели, шаг d = 1,0 мм | — | ||
| 28 . | Две щели, шаг 2,0 мм | — | ||
| 29 . | Три щели, шаг d = 1,0 мм | — | ||
| Четыре щели, шаг d = 1,0 мм | — | |||
| 31. | Решетка линейная, шаг d = 0,3 мм | — | ||
| 32 . | Решетка линейная, шаг d = 0,6 мм | — | ||
| 33 . | Решетка квадратная | — | ||
| 3 4.. | Решетка прямоугольная | — | ||
| 35. | Решетка косоугольная | — | ||
| 36. | Решетка хаотическая | 1′ | — | |
| 37 . | Поляризатор | — | ||
| 38. | Фотодатчик диодный | — | — | — |
| 39 . | Кристаллическая пластина (слюда) | — | ||
Кристаллическая пластина  | — | — | — | |
Кристаллическая пластина  | — | — | — | |
| Линза-насадка | — | — | — | |
| 43 . | Кювета 120 мм для газов (в составе модуля 14) | — | — | — |
| 44 . | Кювета 120 мм для жидкостей | — | ||
| 46 . | Кольца Ньютона | — | ||
| 47 . | Матовое стекло | — | ||
| 48. | Кювета 10 мм | — | — | |
| 49 . | Кювета 20 мм | — | — | |
| 50. | ||||
| 51. | Брусок стеклянный (в сост. мод. 3 2 Фотоупругость) | — | — | — |
КОМПЛЕКТ ЗИП
Комплект содержит запасные шкалы на липкой пленке.
4. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ
Общий вид установки ЛКО-1 (ЛКО-1А) приведен на рис.1. Обозначения позиций на рисунке соответствуют номерам элементов установки в перечне состава изделия (стр. 3).
Рис. 1. Лабораторный оптический комплекс ЛКО-1 (ЛКО-1А)
ОПТИЧЕСКАЯ БАЗА
Каркас установки состоит из двух боковин 1.1, стянутых оптической скамьей 3, плитой-основанием и задней стенкой. В полости каркаса размещены коробки с объектами. Оптическая скамья 3, состоит из двух рельс со шкалой с ценой деления 2 мм. Оптическая ось установки расположена симметрично относительно оптической скамьи на высоте 45 мм от верхнего края рельс. На рельсах устанавливается на рейтере верхнее зеркало (модуль 2, поз.7). На правой боковине каркаса установлена клемма заземления.
Лазер подвешен под оптической скамьей. Излучение лазера выводится на оптическую ось с помощью зеркал модуля 1 и модуля 2, С помощью отражателя модуля 3 исследуемое излучение направляется на экран, расположенный на задней стенке каркаса.
В полости каркаса размещена сеть электропитания, подключенная к блоку питания установки. Питание выведено на четыре разъема типа СГ-5, два — вблизи боковой стенки каркаса и два — у задней стенки, Назначение контактов разъемов:
1- сигнал фотоприемника;
2- общий
3- питание +12В (питание лазера и фоторегистратора)
3- питание- полупроводникового лазера (выход регулятора тока)
3- питание -15В
Еще один разъем, обозначенный ИСТ. ПИТ. с таким же назначением контактов установлен на панели блока питания. Одноименные контакты разъемов соединены параллельно. К одному из разъемов подключается полупроводниковый лазер, к другому — фоторегистратор.
Блок питания занимает левую часть полости под оптической скамьёй. На панели блока (рис.2) помещён разъём питания, обозначенный ИСТ. ПИТ, реостат, обозначенный ТОК, и два гнезда питания фонарей, обозначенные ФОНАРЬ, с указанием полярности. Реостат регулирует ток лазера в пределах 0-80 мА и ток питания фонарей, при этом максимуму тока лазера отвечает минимум тока подключённого к соответствующим гнёздам фонаря.
Рис. 2. Блок питания
На той же панели размещены сетевые предохранители на 1 А и тумблер включения питания СЕТЬ. Кабель сетевого питания вставляется через отверстие в задней стенке каркаса и подключается к разъёму на задней стенке блока питания.
Правую часть полости под оптической скамьёй в ЛКО-1 и ЛКО-IА занимает блок питания газового лазера с единственным органом управления — тумблером включения газового лазера.
На задней стенке каркаса помещён экран 1.4. Он содержит шкалу длиной 73 см с ценой деления 1 мм. Ноль шкалы экрана расположен напротив ноля линейки оптической скамьи (смещение не более 1 мм). Над шкалой изображены два визирных креста с координатами 13,0 и 70,0 см, используемые при настройке установки. Центры крестов находятся, на уровне оптической оси установки.
На рис. 3 показана схема вывода из