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

22711. Протиріччя у зовнішньополітичному курсі президента Дж. Кеннеді 38.5 KB
  Кеннеді. Піднесення національновизвольного руху у країнах третього світу примусило адміністрацію Кеннеді розглядати цей регіон як пріоритетний. Попри наполягання американських військовиків Кеннеді заборонив повторний повітряний наліт як і перебування американських кораблів та підводних човнів в межах 20мильної зони ЗО км від місця висадки десанту. Для Кеннеді це був важкий удар.
22712. Основні напрямки зовнішньої політики адміністрації Л. Джонсона 27.5 KB
  Він продовжив політику нормалізації відносин з СРСР: всупереч позиції конгресу надав московському урядові кредити на закупівлю хліба в американських фермерів; 1964 року оголосив доктрину наведення мостів розвиток торговельних і гуманітарних зв'язків із деякими соціалістичними країнами 1968 року підписав Договір про нерозповсюдження ядерної зброї а під завісу свого урядування готувався до переговорів щодо обмеження стратегічних озброєнь ОСО1.Джонсон все ж 1965 року проголосив нову доктрину названу його ім'ям Доктрина Джонсона яка...
22713. Доктрина ядерного стримування у зовнішній політиці США 32 KB
  Доктрина ''ядерного стримування'' у зовнішній політиці США. Ядерное оружие играет важнейшую роль в системе обороны США их союзников и друзей. Этот ядерный потенциал обладает уникальными свойствами которые позволяют США решать важные стратегические и политические задачи. Интересы США и их союзников необязательно потребуют нанесения ядерных ударов.
22714. Доктрина Джонсона 19 KB
  Доктрина Джонсона.Джонсон все ж 1965 року проголосив нову доктрину названу його ім'ям Доктрина Джонсона яка передбачала право США на військові дії на латиноамериканському континенті з метою захисту своїх громадян . Более подробно о внешней политике Джонсона см.
22715. Доктрина Ніксона 24.5 KB
  Согласно этой доктрине США обязывались и в дальнейшем участвовать в обеспечении обороны своих союзников и заявляли о своем праве определять масштабы формы и сферы своего вмешательства в региональные события руководствуясь своими национальными интересами. В послании президента Никсона Конгрессу 18 февраля 1970 эта доктрина прежде всего относившаяся к угрозе коммунистической экспансии в странах Азии получила дальнейшее развитие как руководящий принцип политики США и в других регионах. Но насущной проблемой нового президента была война во...
22716. Політика адміністрації Дж. Картера на Близькому та Середньому Сході 28.5 KB
  Картера на Близькому та Середньому Сході. Картер достаточно рано дал понять что готов искать новые возможности для решения ближневосточного конфликта. Эти сначала неловко начатые усилия развились в диалог между Израилем и Египтом который Картер решительно ускорил пригласив израильского премьерминистра Бегина и египетского президента Садата в свою загородную резиденцию КемпДевид. После тринадцатидневных переговоров в которых Картер как посредник играл решающую роль в сентябре 1978 года было заключено мирное соглашение.
22717. Політика США щодо СРСР у 1972 - 1974 рр 24.5 KB
  І лише 1973 року Сполучені Штати відмовилися від загальної військової повинності і перейшли до створення професійної армії на добровільній основі. В грудні 1969 року США зняли деяке обмеження у торговельній сфері з СРСР через місяць конгрес ратифікував підписаний 1968 року Сполученими Штатами Великобританією та Радянським Союзом Договір про непоширення ядерної зброї згодом розпочалися американорадянські попередні переговори в Гельсінкі а потім у Відні про обмеження систем протиракетної оборони та страіегічних озброєнь. 30 вересня 1971...
22718. Латиноамериканський курс адміністрації Дж. Буша (мол.) 26.5 KB
  Целью его второй поездки за пределы США будет запланированный на конец апреля в Квебеке Саммит Америк где главным вопросом значится экономическая интеграция в рамках Западного полушария. То что в случае прихода к власти Буша одним из основных направлений внешней политики США станет именно латиноамериканское не вызывало у серьезных аналитиков никаких сомнений. Уж слишком тесно переплелись в этом регионе стратегические интересы США и интересы семейства Бушей в том числе лично Джорджа Бушамладшего. С другой стороны фундаментальным...
22719. Нова ядерна стратегія адміністрації Дж. Картера 25.5 KB
  Зовнішньополітична діяльність адміністрації 39го президента США здобула суперечливі та неоднозначні оцінки. 1 нарешті за наполяганням США керівництво НАТО на Брюсельській нараді в грудні 1979 року прийняло рішення про розміщення в країнах Західної Європи починаючи з 1983 року ракет середнього радіусу Дії. 1977 року президент Джиммі Картер запропонував Міністерству оборони зменшити американські і радянські стратегічні носії на 200250 з кожної сторони внаслідок чого в США та Росії залишилося б приблизно по 2000 боєголовок.15 Цифра ця майже...