28186

Интерференция света. Условия возникновения стационарной интерференции света. Интерференционные схемы с делением волн по фронту (опыт Юнга, зеркало Ллойда, бизеркало Френеля, бипризма Френеля). Влияние размеров источника на интерференционную картину. Усло

Доклад

Физика

Интерференционные схемы с делением волн по фронту опыт Юнга зеркало Ллойда бизеркало Френеля бипризма Френеля. Пусть в точках А и В рисунок 1 находятся два монохроматических источника волны от которых доходят до точки наблюдения С. Взаимное усиление или ослабление двух или большего числа волн при их наложении друг на друга при одновременном распространении в пространстве называется интерференцией волн. Интерференционная картина ИК распределение интенсивностей в области волнового поля где волны налагаются друг на друга.

Русский

2013-08-20

159 KB

37 чел.

49. Интерференция света. Условия  возникновения стационарной интерференции света. Интерференционные схемы с делением волн по фронту (опыт Юнга, зеркало Ллойда, бизеркало Френеля, бипризма Френеля). Влияние размеров источника на интерференционную картину. Условия неразличимости интерференционной картины.

Пусть в точках А и В (рисунок 1) находятся два монохроматических источника, волны от которых доходят до точки наблюдения С.

 

Взаимное усиление или ослабление двух (или большего числа) волн при их наложении друг на друга при одновременном распространении в пространстве называется интерференцией волн. 

Интерференционная картина (ИК) - распределение интенсивностей в области волнового поля, где волны налагаются друг на друга.  Это распределение зависит от оптической разности хода волн Δ = (l2) – (l1), приходящих в точку наблюдения.     Расстояние  называют оптическим путём  света  в среде с показателем преломления . Здесь  - геометрический путь, пройденный светом. Оптический путь численно равен тому расстоянию, на которое сместится волновой фронт в вакууме за то же время, за которое он пройдёт расстояние  в среде с показателем преломления .

Распределение интенсивностей в ИК будет стационарным (не зависящим от времени), если интерферирующие волны когерентны, то есть характеризуются одинаковой частотой () и неизменной во времени разностью начальных фаз колебаний в точке наблюдения.

Интенсивность результирующего колебания                               

не равна сумме интенсивностей складывающихся колебаний, а изменяется от точки к точке в пределах от  до  в зависимости от величины разности начальных фаз колебаний . Если интенсивности интерферирующих волн одинаковы и  , то , .

Для получения ИК, доступных для наблюдения и анализа, в оптике пользуются искусственным приёмом.   Сначала создают когерентные источники посредством искусственного разделения световых импульсов по волновому фронту или по амплитуде на две или более частей, затем обеспечивают последующее наложение этих частей после прохождения ими неодинаковых путей. При этом должны быть выполнены условия пространственной и временнóй когерентности.

Условия пространственной когерентности:

  1.  постоянная во времени разность фаз (условие, эквивалентное одинаковости циклических частот интерферирующих волн );
  2.  соизмеримость амплитуд интерферирующих волн;
  3.  одинаковое состояние поляризации (вектор напряжённости электрического поля в обеих волнах колеблется вдоль одной прямой);
  4.  волны после прохождения разных путей «встречаются» в некоторой точке пространства.

Условие временнóй когерентности: оптическая разность хода волн не превышает длины когерентности Lког = , где c – скорость света в вакууме, τ ~ 10-8 с – время, за которое атом вещества излучает цуг волн. С увеличением разности хода от нуля до  происходит постепенное уменьшение контрастности  интерференционной картины.

Рассмотрим интерференционные схемы с делением волн по волновому фронту.

Схема Юнга

 

Алгоритм расчета ИК

;

;

;

;

; ;

;

    Если разность хода волн  в точке наблюдения М кратна целому числу длин волн (чётному числу полуволн), то в точке М имеет место интерференционный максимум

Условие максимума

  Целое число  называют порядком интерференции

    Если разность хода волн  в точке наблюдения М кратна нечетному числу половин длины волны (нечётному числу полуволн), то регистрируется интерференционный минимум

Условие минимума

                     

    Координаты точек экрана, в которых имеют место максимумы и минимумы освещенности:

;

    Геометрическое место точек, для которых при каждом  реализуется условие , называют интерференционной полосой. 

Расстояние В между двумя соседними максимумами (или минимумами) в интерференционной картине называют шириной интерференционной полосы:

.

                 

Элементы, характерные для схемы Юнга, легко обнаружить и в других интерференционных схемах с делением волн по фронту: в схеме с использованием зеркала Ллойда, бизеркала Френеля, бипризмы Френеля.

Зеркало Ллойда

  В точку М на экране волны могут попасть как непосредственно, проходя расстояние l1  вдоль луча , так и после отражения от зеркала З. Легко увидеть, что и здесь, как и в опыте Юнга, имеет место деление волнового фронта, но оно сопровождается изменением направления распространения части светового пучка. В точке К волны отражаются от оптически более плотной среды (показатель преломления материала зеркала больше, чем окружающей его среды) и,  их фаза изменяется на противоположную (происходит потеря полуволны при отражении. Поэтому разность хода волн, дошедших до точки М непосредственно от источника и после отражения от зеркала, будет равна в вакууме  и  – в среде с показателем преломления . Расстояние между действительным источником s1 и его мнимым изображением s2 должно быть малым (2l << l1, 2l << l2) Область, в которой наблюдается интерференционная картина на экране Э, располагается между точками  и , в которые приходят волны, отражённые от крайних точек зеркала.

Бизеркало Френеля

В точку наблюдения М, расположенную на экране Э, свет приходит после отражения от поверхностей бизеркала, составляющих малый угол α, и кажется вышедшим из двух мнимых источников S1 и S2, являющихся изображением источника S. В области перекрытия световых пучков, отражённых обеими половинами бизеркала, волны интерферируют, и на экране, пересекающем её, между точками P и Q наблюдается ИК. Ширина интерференционной полосы , где  b - расстояние от источника S до точки пересечения зеркал, a - расстояние от плоскости расположения источников  S1 и S2 до экрана Э.

Бипризма Френеля (освещение расходящимся пучком)

    Расходящимся пучком свет от источника S падает на бипризму Френеля с малым преломляющим углом α. При пересечении продолжений лучей, преломлённых верхней и нижней половиной бипризмы, формируются мнимые изображения источника S1 и S2. Справа от бипризмы формируется область интерференции, ограниченная треугольником КPQ (точка К сосовпадает с вершиной бипризмы). Выбирая произвольную точку М в области интерференции волн, легко выделить характерные элементы интерференционной схемы, аналогично тому, как это было сделано в схеме Юнга. Ширина интерференционной полосы , где b – расстояние от источника S до вершины бипризмы К, a – расстояние от вершины бипризмы до экрана Э, n – показатель преломления материала бипризмы.

Бипризма Френеля (освещение пучком параллельных лучей)

   При освещении бипризмы пучком параллельных лучей части его, прошедшие через верхнюю и нижнюю часть бипризмы, в результате преломления симметрично отклоняются. Образовавшиеся при этом пучки параллельных лучей пересекаются. Область их интерференции ограничена на чертеже  ромбом ADCD. Ширина интерференционной полосы зависит от угла схождения преломленных пучков, который, определяется углом α. Из формулы   при  следует, что .


S1

S2

X1

X2

A

B

C

X

исунок 1– Суперпозиция волн от двух источников в точке наблюдения

P

О

N

l1

l2

h

s1

S2

S0

L

M

s

В

В

S1

S2

M

K

P

Q

Э

З

S1

S2

P    M                      Q     Э  

S

α

S1

S

S2

P

M

O

Q

Э

α

В

А

С

D

Э

К


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81776. Художественные приемы создания образа Печорина в романе М. Лермонтова «Герой нашего времени» 47.87 KB
  Образ Печорина одно из главных открытий Лермонтова. Изображению и раскрытию образа Печорина как героя особой исторической эпохи и подчинена своеобразная композиционносюжетная структура романа. Одна представляет собою объективное повествование о Печорине извне в записках странствующего офицера Бэла Максим Максимыч Предисловие к Журналу Печорина другая субъективноисповедальное самораскрытие героя изнутри в его Журнале Тамань Княжна Мери Фаталист .
81777. Символизм как литературное направление. Анализ стихотворения одного из поэтов-символистов 47.33 KB
  Бальмонта Ю. В поэтических формулах Бальмонта Сологуба Гиппиус Мережковского отрицается истинность реального мира объявляемого лишь комплексом ощущений творцахудожника: . Бальмонта М. В 90х годах вышли сборники его стихотворений: Под северным небом 1894 В безбрежности 1895 Тишина 1897; в 900е годы в период творческого взлета Бальмонта Горящие здания 1900 Будем как солнце 1903 Только любовь 1903.
81778. Образ метели в произведениях отечественной литературы 32.93 KB
  Все ее действие развертывается на фоне разгулявшихся природных стихий: Ветер ветер На всем божьем свете Ветер хлесткий гуляет свищет и зол и рад Разыгралась чтойто вьюга ох пурга какая спасе Вьюга долгим смехом Заливается в снегах Очевидно что образы ветра метели романтичны и имеют символический смысл. Ветер ветер На ногах не стоит человек. Ветер ветер На всем Божьем свете. Во второй строфе напор стихии как бы смягчается ее действия становятся не гневны а почти нежны и появляются уменьшительноласкательные...
81779. Наука и философия. Статус научной философии 28.69 KB
  Многолетний спор философии и науки о том в чем больше нуждается общество в философии или науке и какова их действительная взаимосвязь породил множество точек зрения обилие возможных трактовок и интерпретаций этой проблемы. Остановимся на основных тезисах раскрывающих суть соотношения философии и науки: Специальные науки служат отдельным конкретным потребностям общества: технике экономике искусству врачевания искусству обучения законодательству и др. Частные науки ограничиваются отдельными частями мира. Философия задумывается о...
81780. Функции науки. Роль науки в современном образовании и формировании личности 28.41 KB
  Роль науки в современном образовании и формировании личности. Проблема связанная с классификацией функций науки до сих пор остается спорной отчасти потому что последняя развивалась возлагая на себя новые и новые функции отчасти в силу того что выступая в роли социокультурного феномена она начинает больше заботиться не об объективной и безличностной закономерности а о коэволюционном вписывании в мир всех достижений научнотехнического прогресса. В качестве особой и приоритетной проблемы выделяют вопрос о социальных функциях науки...
81781. Преднаука и наука. Генезис науки и проблема периодизации её истории 31.74 KB
  Генезис науки и проблема периодизации её истории. Исследуя историю любого материального или духовного явления в том числе и науки следует иметь в виду что это сложный диалектический поступательный процесс появления различий включающий в себя ряд качественно своеобразных этапов фаз и т. Применяя сказанное о периодизации к истории науки следует прежде всего подчеркнуть следующее. Вопрос о периодизации истории науки и ее критериях по сей день является дискуссионным и активно обсуждается в отечественной и зарубежной литературе.
81783. Средневековая наука. Организация науки в средневековых университетах 33.78 KB
  Первый из них факультет свободных искусств trium был наиболее многочисленным и считался подготовительным для трех других факультетов: медицинского юридического и теологического самого малочисленного но обучение на котором было самым продолжительным. Таким образом Парижский университет оказался в плену противоречивых тенденций: превратиться в центр беспристрастных исследований связанных с изучением античного наследия но всегда стоящих перед опасностью впасть в инакомыслие либо подчинить исследование религиозным целям и тем самым...
81784. Формирование опытной науки в новоевропейской культуре 31.1 KB
  Изменяется роль человека в мире. Происходит постепенная смена мировоззренческой ориентации: для человека значимым становится посюсторонний мир автономным универсальным и самодостаточным становится индивид. Отсюда и характерное для эпохи Возрождения стремление познать принципы функционирования механизмов приборов устройств и самого человека.