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

76492. Имущественные права несовершеннолетнего ребенка 21 KB
  Создание условий жизни необходимых для развития ребенка обеспечивается главным образом родителями несущими основную финансовую ответственность за его достойное содержание. Статья 60 СК наделяет ребенка следующими имущественными правами: а правом на получение содержания от своих родителей и других членов семьи то есть совершеннолетних трудоспособных братьев и сестер дедушки бабушки; б правом собственности на полученные им доходы имущество полученное им в дар или в порядке наследования и на любое другое имущество приобретенное на...
76493. Споры о воспитании детей 16.87 KB
  Существует два вида споров о воспитании детей: споры о месте жительства несовершеннолетнего ребенка при раздельном проживании родителей; споры об участии отдельно проживающего родителя в воспитании ребенка. 66 Семейного Кодекса Российской Федерации родители при их раздельном проживании могут решить вопрос о месте проживания ребенка соглашением письменным договором в котором сами определяют с кем из родителей будут жить несовершеннолетние дети кто и в каких размерах будет выплачивать средства на их содержание Однако такое соглашение не...
76494. Права и обязанности родителей 19.17 KB
  Большинство прав родителей корреспондируются с правами ребенка однако последние шире по объему. Втретьих при осуществлении родительских прав и обязанностей должен соблюдаться приоритет интересов ребенка п. Это положение имеет принципиальное значение поскольку нередки жизненные ситуации когда интересы родителя противоречат интересам ребенка. Например родители не оказывают должного внимания духовному развитию ребенка ссылаясь на нехватку времени.
76495. Осуществление и защита родительских прав 14.01 KB
  Способы воспитания детей должны исключать пренебрежительное жестокое грубое унижающее человеческое достоинство обращение оскорбление или эксплуатацию детей. Родители осуществляющие родительские права в ущерб правам и интересам детей несут ответственность в установленном законом порядке. Все вопросы касающиеся воспитания и образования детей решаются родителями по их взаимному согласию исходя из интересов детей и с учетом мнения детей.
76496. Осуществление прав отдельно проживающим родителем 16.2 KB
  66 СК родитель проживающий отдельно от ребенка имеет право на общение с ребенком участие в его воспитании и решение вопросов получения ребенком образования что согласуется с установленным в Кодексе принципом равных родительских прав и обязанностей п. В результате ущемляются законные права и интересы как одного из родителей так и ребенка. 66 СК установлено что родитель с которым проживает ребенок не должен препятствовать общению ребенка с другим родителем если такое общение не причиняет вред физическому и психическому здоровью...
76497. Меры государственной помощи семьям, имеющим детей 17.04 KB
  Основные виды государственных пособий гражданам имеющим детей в связи с их рождением и воспитанием перечислены в Федеральном законе от 19. При этом более подробные нормы об условиях назначения детских пособий и порядке их выплаты содержатся в Приказе Минздравсоцразвития России от 23 декабря 2009 г. N 1012н Об утверждении Порядка и условий назначения и выплаты государственных пособий гражданам имеющим детей. В указанных правовых актах перечислены следующие виды пособий: 1 пособие по беременности и родам; 2 единовременное пособие...
76498. Защита прав несовершеннолетних детей 19.12 KB
  56 Семейного Кодекса РФ говорит о том что ребенок имеет право на защиту своих прав и право на защиту от злоупотреблений со стороны родителей. Защита прав и законных интересов осуществляется родителями а в случаях предусмотренных Семейным кодексом в частности когда органом опеки и попечительства установлено что между интересами родителей и детей имеются противоречия родители лишены родительских прав граждане чья дееспособность ограничена вследствие злоупотребления алкоголем органом Опеки и попечительства прокурором судом. При...
76499. Лишение родительских прав: основания, порядок 16.41 KB
  Уклонение родителей от выполнения своих обязанностей по воспитанию детей может выражаться в отсутствии заботы об их нравственном и физическом развитии обучении подготовке к общественно полезному труду; отказываются без уважительных причин взять своего ребенка из родильного дома отделения либо из иного лечебного учреждения воспитательного учреждения учреждения социальной защиты населения или из других аналогичных учреждений; злоупотребляют своими родительскими правами т. использование этих прав в ущерб интересам детей например...
76500. Правовые последствия лишения родительских прав 16.64 KB
  71 СК следует что родители лишенные родительских прав утрачивают вопервых все права основанные на факте родства с ребенком в отношении которого они лишены родительских прав причем речь идет не только о тех правах которые они имели до достижения детьми совершеннолетия но и других вытекающих как из семейных так и иных правоотношений. Вовторых родители лишенные родительских прав утрачивают право на льготы и государственные пособия установленные для граждан имеющих детей. Так лишение родительских прав влечет утрату для...