28187

Интерференционные схемы с делением волн по амплитуде. Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины и полосы равного наклона. Кольца Ньютона. Применение интерференции света

Доклад

Физика

Пусть на тонкую прозрачную пластинку постоянной толщины рисунок 1 из вакуума падает волна с плоским фронтом ей соответствует пучок параллельных лучей сформированная с помощью точечного источника и линзы в фокусе которой источник находится. Так как условия распространения всех лучей падающих на пластинку в этом опыте одинаковы то для лучей и а также других пар лучей одинаковых с ними по происхождению оптическая разность хода будет одинаковой: 1 где n показатель преломления материала...

Русский

2013-08-20

134 KB

12 чел.

50. Интерференционные схемы с делением волн по амплитуде. Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины и полосы равного наклона. Кольца Ньютона. Применение  интерференции света.

Для получения интерференционных картин, доступных для наблюдения и анализа, в оптике пользуются искусственным приемом.   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 обеспечены условия временнóй и пространственной когерентности.

Рассмотрим интерференционные схемы с делением волн по амплитуде.

Пусть на тонкую прозрачную пластинку постоянной  толщины  (рисунок 1) из вакуума падает волна с плоским фронтом (ей соответствует пучок параллельных лучей), сформированная с помощью точечного источника  и линзы , в фокусе которой источник находится.

Лучи , отраженный в точке С от верхней поверхности пластинки, и , вышедший из неё после преломления луча 2 в точке А, отражения его в точке В и преломления в точке С, параллельны друг другу. В этом нетрудно убедиться, воспользовавшись законами отражения и преломления света. Опустим перпендикуляр из точки А на луч 2 и обозначим точку пересечения D. Так как условия распространения всех лучей, падающих на пластинку, в этом опыте одинаковы, то для лучей  и , а также других пар лучей, одинаковых с ними по происхождению, оптическая разность хода будет одинаковой:

,                                 (1)

где n – показатель преломления материала пластинки.  При использовании монохроматического источника пластинка будет казаться окрашенной или темной, в зависимости от того, выполнится для интерферирующих волн соответственно условие максимума

,  m = 0, ±1, ±2, …                                       (2)

или условие минимума

,  m = 0, ±1, ±2, …  .                             (3)                                       

Интерференционная картина, возникающая в опыте, соответствующем рисунку 1, локализована в бесконечности, так как лучи  и  параллельны друг другу.

Результат интерференции света в тонкой плоскопараллельной плёнке определяется по формулам:

При наблюдении

Усиление света (максимум)

Ослабление света (минимум)

в отраженном свете

в проходящем свете

В формулах h – толщина пластинки, n – показатель преломления материала, из которого она изготовлена, β – угол преломления луча в пластинке, m –порядок интерференции, λ – длина волны излучения. При наблюдении в отраженном свете дополнительная разность хода, равная λ/2, обусловлена потерей полуволны при отражении одного из световых пучков от оптически более плотной среды.

Располагая на пути лучей  и  и им аналогичных собирающую линзу (на рисунке 1 не показана), можно получить на экране, удаленном от неё на фокусное расстояние, интерференционные полосы, каждая из которых соответствует лучам, упавшим на пластинку под одним и тем же углом (разным для разных полос). Поэтому интерференционные полосы в данном случае называют полосами равного наклона.

Если линзу  уберём из схемы, изображённой на рисунке 1,  то свет от источника упадёт на пластинку расходящимся пучком (рисунок 2). Теперь интерферирующие лучи не параллельны друг другу, а расходятся из точки С. Оптическая разность хода лучей и в этом случае рассчитывается по формуле (1). Однако положение  точки  теперь определяется условием .

Интерференционная картина имеет вид концентрических светлых и темных колец, центры которых совпадают с основанием перпендикуляра, опущенного из источника на верхнюю грань пластинки, на которой картина и локализована. На одном кольце будут лежать точки, в которых из пластинки выходят лучи, прошедшие внутри неё одинаковые расстояния . В силу этого обстоятельства систему полос, наблюдаемых в рассматриваемой схеме, называют полосами равной толщины.

Полосы равной толщины можно получить и при освещении параллельным пучком лучей клина с малым углом , изготовленного из материала с показателем преломления . Разность хода лучей  и , происхождение которых ясно на рисунке 3, также определяется по формуле (1).

Интерференционные полосы параллельны ребру клина, локализованы на его поверхности, одинаковы по ширине для монохроматического света. При падении света нормально к поверхности клина разность хода волн, интерферирующих в точке С, равна , где  - дополнительная разность хода, обусловленная отражением луча 2 от оптически более плотной среды. Ширина интерференционной полосы определяется из условий и  и равна .

Разновидностью полос равной толщины являются кольца Ньютона, локализованные на поверхности воздушного клина с переменным углом наклона,  который образуется, если плосковыпуклую стеклянную линзу поставить на стеклянную пластинку выпуклой поверхностью вниз  (рисунок 4). Радиус кривизны R выпуклой поверхности должен быть большим. Кольца Ньютона составляют систему концентрических тёмных и светлых колец, сгущающихся в направлении от центра к краю интерференционной картины. Центральное пятно тёмное (интерферируют волны, отличающиеся по фазе на π радиан).

Радиусы колец Ньютона rk определяют по формулам:

При наблюдении

Светлые кольца (максимум)

Темные кольца (минимум)

в отраженном свете

в проходящем свете

Интерференционные явления нашли многочисленные практические применения.  Возможность интерференционного гашения волн, отраженных от верхней поверхности пластинки, волнами, отраженными от её нижней поверхности (рисунок 5), используется в целях просветления оптических деталей (просветления оптики), например, объективов фотоаппаратов. Энергия интерферирующих отраженных волн «перекачивается» в волны, прошедшие через систему. Эффект просветления реализуется, если;

- показатель преломления плёнки удовлетворяет условию ;

- и толщина пленки такова, что для волн, отражённых от верхней и нижней границ плёнки, выполняется условие интерференционного минимума: . (Знак плюс выбирают при потере полуволны на нижней границе, знак минус – при потере λ/2  на верхней границе).

 Интерференционные методы широко применяются для прецизионного измерения расстояний, контроля качества поверхностей оптических деталей, измерения длины волны излучения, показателей преломления и дисперсии показателя преломления оптических сред, концентрации растворов, для анализа спектрального состава излучения различных источников и для астрономических измерений. Для этих целей используются интерферометры разных типов.


1

2

А

С

D

h

n

β

i

i

Рисунок 5 – Ход лучей в условиях просветления оптической детали

Отражённое излучение

Прошедшее излучение

Просветляемая деталь

n3

n1

n2

n1

Просветляющая плёнка       d

d

А

D

B

C

n

h

Рисунок 2 – Ход лучей при образовании полос равного наклона

при освещении пластинки расходящимся пучком

S

1

2

А

D

B

C

1

2

n

α

Рисунок 3 – Схема образования полос равной толщины в клине

d

Δd

А

В

С

1

2

R

rk

n

Рисунок 4 – Схема образования колец Ньютона

L1

Рисунок 1 – Интерференция в тонкой плёнке при освещении её плоской волной

В


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80546. Необхідність кредитування підприємств 140.5 KB
  Кредитування підприємств ТЕМА: Необхідність кредитування підприємств. Суть функції і принципи кредитування. Одержання кредиту. Таким чином виникнення і функціонування кредиту повязане з необхідністю забезпечення безперервного процесу відтворення.
80547. Основний капітал, його утворення, оцінка і використання на підприємствах 178.5 KB
  Поняття класифікація і оцінка основних засобів підприємства. Фінансування ремонту та полліпшень основних засобів на підприємствах. Вартісний критерій віднесення матеріальних необоротних активів до основних засобів...
80548. Сутність і основи організації фінансів підприємств 189.5 KB
  У фінансовій системі держави головною, визначальною її ланкою виступають фінанси підприємств. Тому що вони функціонують у тій сфері суспільного виробництва, де створюються матеріальні блага, валовий внутрішній продукт і національний доход суспільства, а також формується основна частина фінансових ресурсів держави.
80549. Організація розрахунків на підприємстві 275 KB
  Організація зберігання і обігу грошових коштів. Суть безготівкових розрахунків полягає в тому що платежі здійснюють шляхом списання коштів із банківського рахунку платника і зарахування їх на банківський рахунок одержувача тобто проведенням відповідних записів на банківських рахунках обох учасників розрахунків. Розрахунковий документ це відповідно оформлений документ на переказ грошових коштів. За часів переходу до ринкових відносин організація безготівкових розрахунків повинна сприяти вирішенню таких завдань: удосконалення...
80550. Оцінка фінансового стану підприємства 178 KB
  Оцінка фінансового стану підприємства. Фінансова звітність як інформаційне забезпечення оцінки фінансового стану підприємства. Фінансовою звітністю є зведенням інформації про фінансовий стан на визначену звітну дату результати діяльності рух коштів підприємства та власного капіталу за визначений звітний період на підставі даних бухгалтерського обліку. У фінансовій звітності відображаються показники діяльності дочірніх підприємств філій представництв відділень та інших відокремлених підрозділів; підприємства що функціонують у...
80551. Поточне фінансове планування та бюджетування 76.5 KB
  Фінансове планування на підприємствах. Вироблення управлінських рішень оцінка та вибір найбільш ефективних варіантів форм і засобів їхнього виконання здійснюється на основі планування розвитку економіки підприємства в цілому. Фінансове планування виражає розвиток підприємства у відповідних фінансових показниках Ринок ставить високі вимоги до якості фінансового планування оскільки нині за негативні наслідки своєї діяльності відповідальність нестиме само підприємство. Фінансове планування це процес визначення обсягу фінансових ресурсів за...
80552. Фінансова санація підрприємства 97.5 KB
  Неплатоспроможність у свою чергу є підставою для оголошення підприємства банкрутом. Водночас банкрутство підприємства та його ліквідація означають не тільки збитки для акціонерів кредиторів виробничих партнерів споживачів продукції а й зменшення податкових надходжень у бюджет а також збільшення безробіття що теж може стати одним із факторів макроекономічної нестабільності. За умови проведення санації оздоровлення чи реструктуризації такі підприємства можуть розрахуватися з боргами і продовжити діяльність. Під фінансовою кризою...
80553. Планування санації 102.5 KB
  Оцінка санаційної спроможності підприємства. Аналіз факторів і причин впливу на підприємство стану підприємства. Головним критерієм прийняття рішення щодо санації чи ліквідації підприємства є його санаційна спроможність. Санаційна спроможність це наявність у підприємства що зазнало фінансової кризи фінансових організаційнотехнічних та правових можливостей які забезпечуватимуть успішне проведення його фінансової санації.
80554. Джерела санації підрприємств 95 KB
  У цьому випадку мова іде насамперед про зменшення статутного фонду за рахунок зменшення номінальної вартості акцій та зменшення їх кількості з метою: одержання санаційного прибутку з наступним спрямуванням його на покриття балансових збитків; приведення у відповідність розміру основних та оборотних засобів підприємства з розміром його власного капіталу та ін. Санаційний прибуток це прибуток який виникає внаслідок викупу підприємством власних корпоративних прав акцій паїв за курсом нижчим від номінальної вартості цих...