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

36 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

30223. РАЗВИТИЕ СИСТЕМЫ ПРИДОРОЖНОГО СЕРВИСА КАК ЭЛЕМЕНТА ТУРИСТСКО-РЕКРЕАЦИОННОГО КОМПЛЕКСА РЕГИОНА (НА ПРИМЕРЕ АЛТАЙСКОГО КРАЯ) 297 KB
  Бесспорно, что для развития сферы отдыха и туризма необходима развитая инфраструктура и дорожная сеть. Дороги и придорожный сервис являются обязательным условием успешного развития туризма региона, а развитие сети придорожного сервиса является одним из условий, определяющих качество экономических, торговых и культурных связей между регионами Российской Федерации, важным фактором, влияющим на устойчивое развитие региональной экономики.
30224. Изготовление модели повседневного платья 120 KB
  Формы костюма всегда развиваются параллельно с развитием общего стиля в искусстве и архитектуре определённой исторической эпохи, переживая вместе с ним все этапы эволюции. Современная мода допускает некоторые вольности в нашем костюме, подталкивает нас к тому, чтобы раскрепоститься, дать волю своему воображению и поэкспериментировать.
30225. Электроснабжение цеха каустизации и регенерации извести филиала ООО «Илимтехносервис» 2.04 MB
  Описание технологического процесса каустизации щелока Зеленый щелок из растворителя плава котельного цеха № 2 ТЭС с температурой не менее 85 ОС массовой концентрацией общей щелочи 112122 г дм3 в единицах Na2O сульфидностью не менее 28 подается в однокамерный осветлитель зеленого щелока № 5 № 6 поз. Осветленный зеленый щелок из осветлителя сливается в бак хранения зеленого щелока поз. 306140 откуда центробежными насосами поз. S72; S73 S74; S75 подается на гасители классификаторы поз.
30226. Технология приготовления и правила подачи салатов из варёных овощей 136 KB
  Классификация мяса Мясо классифицируют по виду убойных животных по полу возрасту по термическому состоянию упитанности и сортам . По качеству его делят на высший 1 2 3й сорта. В зависимости от сорта цвет пшена светлоили яркожелтый консистенция от мучнистой до стекловидной. Ядрицу обыкновенную и быстроразвариваюшуюся делят по качеству на 1 2 3й сорта.
30227. Информатизация общества: социальные условия, предпосылки и последствия 46 KB
  Социальные условия информатизации это реальная обстановка в которой происходит процесс информатизации. Социальные последствия информатизации реальные и прогнозируемые изменения в обществе происходящие под влиянием информатизации. Рассмотрение в этом смысле условий и предпосылок информатизации это анализ реального и необходимого состояния всех сфер жизни общества с точки зрения их готовности воспринять и развивать информатизацию; “социальное†в узком смысле слова.
30228. Формирование информационной среды общества 33 KB
  Формирование информационной среды общества Современное общество не может существовать в условиях сенсорного голода для его развития и саморганизации совершенно необходимо всеобъемлющее информационное поле. Например 1012 это требующий кардинальных решений порог уровня безработицы в обществе 14 это коэффициент характеризующий катастрофическое соотношение доходов 10 самых богатых и 10 самых бедных членов общества. Наиболее важным понятием которое необходимо определить при изучении информационной среды общества является понятие...
30229. Информационный образ жизни: общество и личность в условиях информатизации 37.5 KB
  Проблемы адаптации людей с ограниченными физическими возможностями в современной информационной среде. Например: во многих странах мира для слепых и слабовидящих людей широко применяются специальные синтезаторы позволяющие осуществлять голосовой ввод информации; практически полностью потерявшие подвижность могут осуществляють работу на компьютере ввод информации движением глаз при помощи специальных шлемов. В России создана специальная программа по компьютерной технике адаптированной для лиц имеющих различные физические отклонения...
30230. Постиндустриальное, информационное общество: социальная структура и специфика трудовой деятельности 22 KB
  Однако следует отметить что проблема “атомизации†общества обсуждается сегодня учеными все шире [1]. Поскольку получение информации о происходящем в стране и в мире уже не требует прямого общения между людьми человек может все больше и больше изолироваться от общества подвергаться иллюзии независимости от него. Американские исследователи отмечают что “конвергенция меняющихся общественных и личных ценностей с новой техникой и энергоэкономическими нуждами делает становление мозаичного общества по существу неизбежнымâ€[2]. Проблема...
30231. Социальная информатика: предмет и задачи курса 29 KB
  Одним из критериев перехода общества к постиндустриальной и далее к информационной стадии развития может служить процент населения занятого в сфере услуг: если в обществе более 50 населения занято в сфере услуг наступила постиндустриальная фаза его развития; если в обществе более 50 населения занято в сфере информационных услуг общество стало информационным. Концепция постиндустриального общества как общесоциологическая теория развития достаточно глубоко разработана западными исследователями: Д. Понятие...