Interferencia y Difracción (Fiz0312)

Interferencia y Difracción

Objetivo

Estudiar el patrón de difracción por un borde recto.

Introducción

Al iluminar un borde recto con un haz de luz monocromático y un frente de onda plano se produce un patrón de difracción en una pantalla.

El patrón de difracción está dado por:

$LaTeX: I(x)=I_0 \frac{1}{2}\left[\left(\frac{1}{2}+C\sqrt{\frac{2}{\lambda z_0}} x\right)^2+\left(\frac{1}{2}+S\sqrt{\frac{2}{\lambda z_0}} x\right)^2\right] \qquad\qquad\qquad (1)$

Donde $LaTeX: I_0$ es la intensidad de la luz en el plano z=0, y donde C y S son las "integrales de Fresnel":

$LaTeX: C(x)=\int_0^x \! cos(\frac{\pi}{2} t^2) \, \mathrm{d}t. \qquad\qquad\qquad$

$LaTeX: S(x)=\int_0^x \! sin(\frac{\pi}{2} t^2) \, \mathrm{d}t. \qquad\qquad\qquad$

Equipamiento

- Láser ($LaTeX: \lambda=677(+/- 5)nm$).

- hoja de afeitar con soporte

- una cámara

- software para ver y analizar imágenes (ImageJ 1.46)

Procedimiento Experimental

Montaje Básico

1. Por difracción, el frente de onda generado por el láser no es plano ni homogéneo. Por lo tanto, es necesario remover el pequeño lente que viene con el láser y lograr que el haz sea colimado con un lente externo.

2. La distancia entre la hoja de afeitar y el láser debe ser suficientemente grande para que la onda que llega a esta tenga un frente plano y una intensidad homogénea. Para esto, coloque la hoja de afeitar a una distancia prudente de su láser.

3. Para verificar que la intensidad cerca de la hoja de afeitar sea homogénea utilice la cámara. Para ello compruebe que la imagen de la luz en la posición donde se pondrá la hoja de afeitar sea lo más homogénea posible, para luego poner dicha hoja en ese lugar.

4. Para medir el patrón de difracción, la distancia entre la hoja de afeitar y la cámara debería ser aproximadamente entre 5 cm y 10 cm.

Difracción por una Ranura Única

1. Mida, usando el microscopio con el ancho de una ranura en particular.

2. Coloque la ranura con ancho conocido en el camino del haz de láser, orientada perpendicular al arreglo de diodos.

3. Gire el polarizador de modo tal que la distribución de intensidades detectada por el arreglo de diodos quede dentro de la escala del gráfico respectivo. Las franjas de interferencia más finas superpuestas a la distribución con máximo central se deben a interferencia de la luz láser por reflexiones en el recubrimiento transparente sobre los pixel del arreglo de diodos.

4. Obtenga mediciones de la distribución de intensidades para al menos tres valores de la distancia entre la ranura y el arreglo de diodos, en el rango $LaTeX: 25cm-150cm$

5. Usando los valores de ancho de ranura, longitud de onda del láser y distancia ranura-plano de detección, obtenga gráficos teóricos de la distribución de intensidad difractada.

Medición:

1. Obtenga mediciones de la distribución de intensidades para al menos tres valores de la distancia z0. Se tiene que obtener un patrón como se muestra en la figura.

2. Como se ve en la figura las líneas de difracción deben ser verticales. En caso de que existan manchas, hay que limpiar el chip de la cámara con papel apropiado y alcohol.