Способ исследования свойств света

(ГОСПАТЕНТ. СС Е ПАТЕНТР НИЯ ОПИСАК АВТОРСК Фм мви(71) Львовский государственный университет им, И,Франко и Львовский лесотехнический институт(56) Гершензон Е,М. и Малов Н,Н. Лабораторный практикум по физике. М.: Просвещение, 1985, с. 170-175.(54) СП"уСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВСВ ЕТА(57) Изобретение относится к способам исследования физических явлений в учебномпроцессе, в частности к исследованию квантово-механических свойств света. Сущностьизобретения: с целью обеспечения демонстрации квантово-механических свойств Изобретение относится к способам исследования физических явлений в учебном процессе, в частности к исследованию кван- тово-механических свойств света.Цель изобретения -обеспечениедемонстрации квантово-механических свойств света,На фиг. 1 представлен пример реализации способа. Устройство представляет собой светонепроницаемый ящик 1, содержащий установленные на оптической скамье (на чертеже не показана) гелий-неоновый лазер 2, ослабитель 3, собирающую линзу 4 для формирования точечного источника света в области экранной диафрагмы 5, круглое регулируемое дифракционное отверстие 6, экран с диафрагмируемым отверстием 7, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 8 со счетчиком фотонов 9,2 света предлагается в способе исследования свойств света, заключающемся в наблюдении на экране и расчете дифракционной картины, обусловленной падением на круглое дифракционное отверстие лазерного излучения, согласно изобретению изменяют диаметр дифракционного отверстия до появления в центре дифракционной картины светлого пятна, которое выделяют экранной диафрагмой, после чего уменьшают интенсивность лазерного излучения до потока отдельных фотонов, в чем убеждаются с помощью фотоэлектрического умножителя со счетчиком фотонов, затем увеличивают диаметр дифракционного отверстия до исчезновения показаний счетчика фотонов, благодаря чему убеждаются в неприменимости понятия траектории для квантов све- Я та.2 ил,На фиг, 2 представлена схема прохождения сферической волны от источника Я через круглое отверстие ВС, где й - радиус, ф волновой поверхности,- расстояние от ОР дифракционного отверстия до экрана, гп - ( радиус внешней границы п-й эоны Френе- (Л ля, А- длина волны света, 4 ьПредлагаемый способ исследования свойств света реализуется следующим образом. Созданный лазером 2 световой поток собирают с помощью линзы 4 на очень молом круглом огвврсии 5, играющим роль точечного источника 8. Изменением диа- в метра дифракционного отверстия 6 добиваются, чтобы в центре дифракционной картины. состоящей иэ чередующихся светлых и темных колец с центрами в точке М, находился дифракционный максимум, Этоозначает, что в дифракционном отверстии укладывается нечетное число зон Френеля.Известно, что дифракция, как и интерференция, является проявлением волновой природы света, Решающая роль вутверждении ее и в дальнейшем развитии, позволяющем в частности объяснить дифракцию света.и дать методы ее количественного расчета сыграл принцип Гюйгеса-френеля, Основанный на нем метод зон Френеля позволяет сравнительно просто рассчитать интенсивность света для различных случаев дифракции.Так в результате падения сферической волны на круглое отверстие ВС в непрозрачном экране (см,фиг. 2) наблюдается дифракционная картина на экране Э, находящаяся от него на расстоянии 1. Согласно принципу Гюйгенса-Френеля дифракционные волны можно представить как суперпозицию вто ричных волн, исходящих из каждого элемента площади на экране. Для этого строят на открытой части ВС фронта волны эоны Френеля соответствующие точке М.Интерференционная картина вблизи точки М экрана Э должна иметь вид чередующихся темных и светлых колец с центрами в точке М,Освещенность центра дифракционной картины зависит от числа зон Френеля, вырезаемой дифракционным отверстием из поверхности волнового фронта, Число таких зон связано с радиусом отверстия, расстоянием центра отверстия от источника света и точки наблюдения, а также длиной волны используемого света. Соотношение для радиуса внешней границы п-й зоны Френеля имеет видГ = Р+ п)ЛЕсли в отверстии ВС укладывается нечетное число зон в точке М наблюдается интерференционный максимум, а при четном числе зон-минимум. По мере удаления от. М интенсивность максимумов света убывает, Если диаметр отверстия велик, картины на экране не будет, свет в этом случае распространяется практически так же, как и в отсутствии непрозрачного экрана с отверстием, т.е, прямолинейно,ФТаким образом, в предлагаемом способе, используя соотношение (1) убеждаемся, что число зон Френнеля в=-3+2 п, где и== О, 1. 2., т.е. в дифракционном отверстии 5 укладывается нечетное число зон Френеля.Не изменяя расстояния между компонентами установки выделяют диафрагмируемым отверстием в экране 7 центральный светлый максимум. Уменьшая световой по ток путем введения ослабителя до потокаотдельных фотонов и регистрирует их ФЭУ. Далее; увеличив диаметр дифракционного что увеличение отверстия приводит к уменьшению количества света попадающего в детектор. Отсюда следует, что понятие траектории для квантов света 30 неприменимо,Формула изобретения Способ исследования свойств света,включающий наблюдение на экране и рас 35 чет дифракционной картины, обусловленной падением перпендикулярно на круглое дифракционное отверстие лазерного излучения,отличающийся тем,что,сцелью расширения диапазона решаемых задач путем обеспечения демонстрации квантовомеханических свойств света, изменяют 40 диаметр дифракционного отверстия до по. явления в центре дифракционной картины 45 светлого пятна, которое выделяют экраннойдиафрагмой, после чего уменьшают интенсивность лазерного излучения до потока отдельных фотонов, в чем убеждаются с помощью фотоэлектронного умножителя со счетчиком фотонов, затем увеличивают диаметр дифракционного отверстия до исчезновения показаний счетчика фотонов. 50 отверстия до а = 3 + 2 п + 1 зон Френеля убежда ются, что Ф ЭУ перестает ре гистрировать фотоны. Использование предлагаемого способа исследования свойств света обеспечивает по сравнению с существующими способами экспериментальную проверку и подтверждение теоретических 20 положений кватово-механических принципов. Это возможно благодаря уменьшению интенсивности света до получения дискретного пучка фотонов и регистрации отдельных фотонов ФЭУ, Изменяя диаметр от 3 + 2 п 25 зон Френеля до 3 + 2 п + 1 убеждаются,1805490 Корр Ред ор иям при СтвЕнна-изда роизв ЬСКИИ Заказ В944НИИПИ Государстве оставитель Ю. Оехред М.Моргент Тираж Подписно нного комитета по изобретениям и откры 035, Москва, Ж, Рауиская наб., 4/5