LABORATORIO DE FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INGENIERÍA - E.T.S.I.T. Curso 2004–2005
PRÁCTICA 8
DIFRACCIÓN DE LA LUZ LÁSER
Introducción
La difracción es uno de los fenómenos más importantes relacionados con el carácter
ondulatorio de la luz que se observa cuando un frente de ondas se encuentra con un obstáculo o
una rendija de dimensiones comparables a su longitud de onda (�). El obstáculo, que puede ser un
pequeño objeto (pelo, hilo fino etc.), interrumpe el paso de una pequeña porción del frente de
ondas mientras la rendija permite el paso sólo a una pequeña parte del mismo. Si utilizamos
obstáculos o rendijas rectangulares muy estrechos y ondas incidentes planas, observaremos, a una
distancia suficientemente grande, la difracción de Fraunhofer, un fenómeno que recibió su
nombre por Joseph von Fraunhofer (1787-1826), físico alemán que fue uno de los pioneros en el
estudio de la difracción. Este fenómeno nos permitirá relacionar de forma matemáticamente
sencilla el ancho del obstáculo o de la rendija y la longitud de onda con las características del
patrón de difracción observado.
Si irradiamos varios obstáculos o rendijas se produce además la interferencia de las ondas
difractadas por cada rendija. El patrón correspondiente es un patrón de interferencia que está
modulado por la difracción.
Se utilizará los patrones de difracción de varias rendijas para determinar su ancho y se analizará
el patrón de rendijas múltiples (rendijas dobles y redes de difracción).
Conceptos a tener en cuenta:
El patrón de difracción que se obtiene al iluminar una rendija con luz monocromática,
consiste en una serie de máximos y mínimos de intensidad que podemos representar en un
diagrama de difracción (véase la Fig.1). Si consideramos una rendija de ancho (b), podemos
estudiar la intensidad obtenida en función del ángulo (�) respecto a la dirección de incidencia. La
intensidad de los lóbulos será máxima en dirección normal (sin�=0) y disminuirá hasta cero para
un ángulo que depende de la anchura (b) y de la longitud de onda (�� utilizada. En el caso límite, si
la rendija es muy estrecha, no existen puntos de intensidad nula en el patrón y la rendija actúa
como fuente de ondas cilíndricas.
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���� b
Fig.1 Diagrama de difracción
La expresión general para las posiciones angulares de los puntos de intensidad nula en los
patrones producidos por una sola rendija es:
�� mb �sin � donde m= 1, 2, 3 ... (1)
Para el mínimo de orden m = 1 obtenemos por tanto:
�� �sinb (2)
Además, para valores de � pequeños podemos aproximar el seno por la tangente, esto es:
D
y1tgsin �� �� (3)
lo que nos permitirá calcular el ancho de la rendija b, a partir de la medida de la distancia entre dos
mínimos simétricos del mismo orden y la distancia entre obstáculo y patrón.
Fig.2 Diagrama de difracción Fig.3 Diagrama de interferencia Fig.4 Diagrama de Interferencia
modulado por la difracción
La función matemática que relaciona la intensidad (I) de los máximos de interferencia con la
intensidad inicial (I0), el ángulo (�) en el cual se observa los lóbulos, la longitud de onda (�� el
ancho de las rendijas (b) y la distancia entre las mismas (d) viene dada por la siguiente ecuación:
��
���
��
����
����
�
��
���
�
��
���
�
�� ��
�
��
�
��
�
sincos
sin
sinsin
42
2
0
d
b
b
II
Piense que experimentos debe hacer para obtener
y analizar los patrones de difracción de rendijassimples , dobles, y de redes de difracción.
Analice detalladamente el material que tiene enel puesto de trabajo.
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PRECAUCIÓN � Durante la experiencia evite la exposición
directa de los ojos a la luz láser. Tenga
especial cuidado con posibles reflexiones, ya
que éstas pueden causar serios daños a la
retina.
Procedimiento:
Parte 1ª – Determinación del ancho de una rendija a partir de su diagrama de difracción:
En el laboratorio:
1) Ilumine una rendija simple con el láser que
tiene una longitud de onda de � = 650 nm , dibuje
el patrón de difracción y mida la distancia entre la
rendija y el patrón.
2) Repita el experimento con una rendija de
ancho diferente.
En casa:
3) Calcule el ancho de las rendijas a partir de la separación entre los mínimos que se observa en los
patrones de difracción.
4) Indique el valor de todos los parámetros y el número de mínimos (m) que observa, y haga un
esquema que represente el sistema experimental y el diagrama de difracción. Utilice un número
suficientemente grande de medidas y la forma de medir lo más exacta posible.
Parte 2ª - Para obtener la distancia entre 2 rendijas y el ancho de las mismas:
En el laboratorio:
1) Repita el experimento del apartado anterior con una rendija doble.
En casa:
2) Analice el patrón de interferencia/difracción y calcule tanto la
distancia entre las rendijas como el ancho de las mismas.
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Parte 3ª – Obstáculos y redes de difracción:
En el laboratorio:
1) Obtenga y dibuje los patrones los patrones de
interferencia/difracción producidos por un pelo y por las redes de
difracción y haga todas las medidas necesarias para poder analizar los
resultados.
En casa:
2) Analice los el patrones y relaciónelos con el ancho del pelo y con las características de las redes
de difracción.
Bibliografía:
[1] P. A. Tipler, Física, Tomo 2, 4ª edición, Reverté, Barcelona (1999) pp. 1157-1161, 1171-1173
[2] W. E. Gettys, et al., Física Clásica y Moderna, Mc Graw-Hill, Madrid (1996)
[3] S. M. Lea, J. R. Burke, Física 1. La naturaleza de las cosas, Paraninfo, Madrid (2001)
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[6] F. W. Sears, M. W. Zemansky, et al., Física Universitaria, Tomo 2, 9ª edición, Addison-Wesley Longman, México,
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[7] M. Alonso, E. J. Finn, Física, Addison-Wesley, Wilmington, Delaware (1995)
[8] E.Hecht, Óptica, Addison-Wesley Iberoamericana, Madrid (2000), para cuestiones muy especificas