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

60344. Нормативно-правова база організації та проведення виховної роботи в школі 36.5 KB
  Законодавчі та інші нормативні акти України з питань організації виховної роботи в освітніх закладах: а Державна національна програма Освіта: Україна ХХІ століття про практичне реформування освітньої галузі...
60345. Business hours 63 KB
  Most employees have a five-day working week, Monday through Friday. The working week is between 35 and 40 hours long. Overtime is quite common and is generally paid, often at a premium to the basic rate of pay. The weekend usually starts on Friday night and lasts till Monday.
60346. МЕХАНІЗМ ДІЇ ТА СПЕЦИФІЧНІСТЬ ФЕРМЕНТІВ 30 KB
  Актуальність теми: Знання механізмів дії ферментів лежать в основі медичної ензимології. Здатність ферментів каталізувати одну специфічну реакцію є найбільш важливою їх властивістю.
60351. СУЧАСНА ПРАКТИЧНА ФІЛОСОФІЯ: ПРОБЛЕМИ, ТЕОРІЇ, КОНЦЕПЦІЇ 115.5 KB
  Чому етика є складовою частиною філософського знання Функції моралі. Це обумовлено і складністю її предмета і складністю моралі як соціального явища. Філософія загальна соціологічна теорія соціологія моралі соціологія особи загальна...