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

35 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

29049. Договоры поручения, комиссии, агентирования: сравнительная характеристика 90.5 KB
  Договор поручения Договор поручения это соглашение в силу которого одна сторона поверенный обязуется совершить от имени и за счет другой стороны доверителя определенные юридические действия. Договор поручения тесно связан с институтами представительства и доверенности. В то же время в отличие от представительства призванного в первую очередь определить полномочия представителя вовне перед третьими лицами договор поручения регулирует внутреннюю сторону отношений между представителем и представляемым.
29050. Договор банковского счета: понятие, элементы, права и обязанности сторон, ответственность 74 KB
  Договор банковского счета – соглашение в силу которого банк обязуется принимать и зачислять поступающие на счет открытый клиенту владельцу счета денежные средства выполнять распоряжения клиента о перечислении и выдаче соответствующих сумм со счета и проведении других операций по счету . Банк обязан незамедлительно открыть счет клиенту независимо от того поступили для или от клиента денежные средства или нет. Он также является как правило возмездным поскольку обычно клиент уплачивает банку комиссионные за проведение расчетных...
29051. Обязательства из причинения вреда: понятие, условия возникновения, объем возмещения 57 KB
  Обязательства возникающее вследствие причинения вреда это охранительное правоотношение в силу которого должник причинитель вреда обязан возместить в полном объеме вред причиненный личности или имуществу кредитора потерпевшего а кредитор вправе требовать возмещения понесенного им вреда. В связи с тем что возникновение обязательств из причинения вреда не основано на договоре соглашении его участников их наряду с обязательствами из неосновательного обогащения относят к категории внедоговорных обязательств. Исполнение этого...
29052. Авторское право: понятие, объекты, субъекты, права авторов произведений 105 KB
  Необходимо различать сами произведения имеющие нематериальную сущность и ту вещественную форму в которой они воплощены рукопись изображение. Авторское право распространяется на произведения науки литературы и искусства являющиеся результатом творческой деятельности независимо от назначения и достоинства произведения а также способа его выражения. К таким произведениям относятся: литературные произведения включая программы для ЭВМ; драматические и музыкальнодраматические сценарные произведения; хореографические произведения и...
29053. Права, смежные с авторскими: понятие, объекты 83 KB
  Смежные права это интеллектуальные права на результаты исполнительской деятельности исполнения на фонограммы на сообщение в эфир или по кабелю радио и телепередач вещание организаций эфирного и кабельного вещания на содержание баз данных а также на произведения науки литературы и искусства впервые обнародованные после их перехода в общественное достояние. Cмежные права существуют только тогда когда есть произведение которое можно исполнить записать на фонограмму включить в передачу организации эфирного и кабельного вещания и...
29054. Патентное право: понятие, объекты патентного права и условия их патентоспособности 64.5 KB
  На результат интеллектуальной деятельности признанный патентоспособным выдается патент официальный документ удостоверяющий приоритет авторство на изобретение полезную модель или промышленный образец а также исключительное право его обладателя на изобретение полезную модель или промышленный образец. Полезная модель. Полезная модель признается соответствующей условиям патентоспособности если является новой и промышленно применимой. Полезная модель признается новой если совокупность ее существенных признаков не известна из уровня...
29055. Наследование по завещанию 53 KB
  Наследодатель вправе сделать распоряжение своим имуществом на случай смерти путем составления завещания. Условия к совершению завещания: совершается полностью дееспособным гражданином; должно быть совершено лично наследодателем; в завещании должно содержаться распоряжение только одного лица. Принципы наследования по завещанию: Свобода завещания наследодатель по своему усмотрению выбирает наследников и завещает все или часть своего имущества; также он вправе лишить наследства одного или нескольких наследников без объяснения причин в любое...
29056. Наследование по закону 32.5 KB
  Наследники: первой очереди дети супруг и родители наследодателя. Внуки наследодателя наследуют по праву представления также как и потомки всех последующих очередей; второй очереди полнородные и неполнородные братья и сестры наследодателя его дедушки и бабушки; третьей очереди полнородные и неполнородные братья и сестры родителей наследодателя дяди и тети наследодателя; четвертой очереди прадедушки и прабабушки наследодателя; пятой очереди дети родных племянников и племянниц наследодателя двоюродные внуки и внучки и родные...
29057. Гражданское право как отрасль российского права: его основные источники и начала 44.5 KB
  Характеризуется самостоятельным предметом и методом В предмет гражданского права включаются: Имущественные отношения отношения возникающие по поводу приобретения использования и отчуждения имущества. Предметом таких отношений являются материальные блага: вещи деньги ценные бумаги имущественные права работы и услуги информация. Принципы гражданского права это основополагающие начала на которые опирается право и которые в силу закрепления их в законодательстве имеют обязательный характер.