Принцип получения когерентных волн

Мы отмечали, что свет естественных источников (раскаленных тел) состоит их хаотического нагромождения цугов волн, так что это некогерентные источники. Для получения когерентных волн нужно один цуг разделить на два, каждый из которых идет своим путем, а затем они вновь сходятся. На рис. 3.3 показан такой пример. На границу раздела двух сред с показателями преломления n₁ и n₂ падает в точку А луч и делится на два – отраженный и преломленный. Каждый из этих лучей отражается от зеркал В и С соответственно, и они вновь сходятся в точке Д. Если оптическая разность хода этих лучей меньше длины когерентности, т.е. длины цуга (см. § 3.1), то в точку Д будут приходить когерентные волны с неизменной разностью фаз и интерферировать.

Интерференция света в тонких пленках, примеры ее наблюдения и применения.

При падении на тонкую прозрачную пластинку (пленку) (рис.) луч в точке А делится на два: отраженный – 1 и преломленный – 2, который после отражения от нижней плоскости пленки в точке О и преломления в точке С идет параллельно лу­чу 1. Попадая на линзу (хрусталик глаза), эти лучи собираются водной точке и интерферируют.

Оптическая разность хода лучей равна:

Здесь учитывается, что при отражении волны 1 в точке А от оптически более плотной среды происходит увеличение ее фазы на π, что равносильно дополни­тельному пути . Расчет дает, что:

В проходящем свете интерферируют лучи, отраженные от оп­тически менее плотной среды, так что разность хода уменьшает­ся на по сравнению с указанной в формуле.

Кольца Ньютона

Кольца Ньютона наблю­даются при интерференции света в тонком зазоре между соприкасающимися плоской и сферической поверхностя­ми (рис.). В отраженном свете интерферируют лучи, разделяющиеся и вновь схо­дящиеся в точке А. Один из них отражается от границы раздела линза - воздух в этой точке, а другой прохо­дит зазор и отражается от пластинки в точке А' с увеличением фазы на π.

Разность хода этих лучей: увеличивается вместе с увеличением толщины зазора при удале­нии от точки О, так что интерференционная картина имеет вид концентрических темных и светлых колец с центром в точке О. Интерференционная картина отчетлива при условии b «R.. Из рис. получаем:

Радиусы светлых колец в отраженном свете (или темных в проходящем):

радиусы темных колец в отраженном свете (или светлых в про­ходящем): , где т - номер кольца (т = 0, 1,2...).

Полосы равного наклона (интерфе­ренция от плоскопараллельной пластин­ки)

Интерференционная картина в плоскопараллельных пластинках (плен­ках) определяется величинами l₀, d, n и α. Для данных l₀, d и n каждому на­клону α лучей соответствует своя интер­ференционная полоса. Интерференцион­ные полосы, возникающие в результате наложения лучей, падающих на плоскопа­раллельную пластинку под одинаковыми углами, называются полосами равного на­клона.

Лучи 1' и 1 ", отразившиеся от верхней и нижней граней пластинки (рис.250), параллельны друг другу, так как пластин­ка плоскопараллельна. Следовательно, ин­терферирующие лучи 1 ' и 1 " «пересекают­ся» только в бесконечности, поэтому гово­рят, что полосы равного наклона локали­зованы в бесконечности. Для их на­блюдения используют собирающую линзу и экран (Э), расположенный в фокальной плоскости линзы. Параллельные лучи 1' и 1" соберутся в фокусе F линзы (на рис. 250 ее оптическая ось параллельна лу­чам 1' и 1"), в эту же точку придут и дру­гие лучи (на рис.250 — луч 2), парал­лельные лучу 1, в результате чего увеличи­вается общая интенсивность. Лучи 3, наклоненные под другим углом, соберутся в другой точке Р фокальной плоскости линзы. Легко показать, что если оптиче­ская ось линзы перпендикулярна повер­хности пластинки, то полосы равного на­клона будут иметь вид концентрических колец с центром в фокусе линзы.

Применение интерференции света

Явление интерференции обусловлено во­лновой природой света; его количествен­ные закономерности зависят от длины во­лны l₀.Поэтому это явление применяется для подтверждения волновой природы света и для измерения длин волн (интер­ференционная спектроскопия).

Явление интерференции применяется также для улучшения качества оптических приборов (просветление оптики) и получе­ния высокоотражающих покрытий.

Про­светление оптики. Для этого на свободные поверхности линз наносят тонкие пленки с показателем преломления меньшим, чем у материала линзы. При отражении света от границ раздела воздух — пленка и пленка — стекло возникает интерферен­ция когерентных лучей 1' и 2' (рис.253). Толщину пленки d и показатели преломле­ния стекла n _с и пленки n можно подобрать так, чтобы интерферирующие лучи гасили друг друга. Для этого их амплитуды до­лжны быть равны, а оптическая разность

хода — равна (2m+1)l₀/2.

Явление интерференции также приме­няется в очень точных измерительных при­борах, называемых интерферометрами. Все интерферометры основаны на одном и том же принципе и различаются лишь конструкционно.

Интерферометры — очень чувстви­тельные оптические приборы, позволяю­щие определять незначительные измене­ния показателя преломления прозрачных тел (газов, жидких и твердых тел) в за­висимости от давления, температуры, при­месей и т. д.

 

Пусть на непрозрачную преграду с отверстием падает параллельный пучок лучей света (рис.3.6). Когда фронт волны достигнет преграды, его открытую часть представим как совокупность вторичных источников полусферической волны. Некоторые из них показаны на рисунке точками. Фронты этих волн – полусферы с центрами во вторичных источниках, радиус их растет со скоростью распространения колебаний. Видно, что фронты волны проникают за края отверстия в область геометрической тени. В каждую точку экрана приходят лучи от всех вторичных источников и интерферируют. Разность хода этих лучей, а, значит, и результат интерференции, зависит от положения точки на экране: в одних областях экрана будет максимум, в других – минимум интерференции. Волнистая линия - интенсивность I падающего на экран света – изображает дифракционную картину.

 

 

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: