Лекция 3.
Получение когерентных волн (классические интерференционные опыты). Ширина полосы в опыте Юнга. Интерференция в тонких пленках. Линии равного наклона и линии равной толщины. Кольца Ньютона. Просветление оптики. Интерферометры.
-
Когерентность волн от одного источника можно реализовать с помощью
-
бизеркала Френеля (1);
-
бипризмы Френеля (2);
-
билинзы Бийе (3).
1 2
3
-
Свет от источника распространяется в виде двух пучков с центрами в точках S1 и S2, являющихся мнимыми изображениями источника S. Эти пучки когерентны.
-
Результат интерференции в точке М зависит от длины волны света и разности хода волн от точек S1 и S2 до точки М.
-
Начальные фазы колебаний источников одинаковы, а потому условия интерференционных максимумов и минимумов имеют вид
- максимум m-го порядка;
- минимум m-го порядка;
-
Шириной интерференционной полосы называется расстояние между двумя соседними интерференционными максимумами (или минимумами).
где l – расстояние между источниками когерентных волн; L – расстояние от источников до плоскости наблюдения интерференционной картины.
-
Количественной характеристикой контрастности (степени различия освещенности экрана в точках максимума и минимума) интерференционной картины является видимость полос
(глаз уверенно различает интерференционные полосы, если V>0,1, то есть Imin<0.82Imax).
-
Угол 2ω при вершине S между двумя лучами, которые после отражения (преломления) сходятся в точке М, называется апертурой интерференции.
-
Интерференция света в тонкой пленке возникает в результате отражения светового луча от ограничивающих пленку поверхностей (лучи 1' и 1" или при прохождении луча через тонкую пленку 2' и 2").
-
При падении на плоскопараллельную, прозрачную и изотропную пластинку монохроматического света происходит отражение падающего луча (первичное отражение в точке А) и преломленного луча (в точке В), который в точке С при выходе из пленки преломляется и распространяется далее параллельно первично отраженному лучу. При этом оба луча являются когерентными.
-
Геометрическая разность хода первично отраженного луча и луча, прошедшего сквозь пленку и отразившегося от другой поверхности, составляет
= mλ1 где
Усиление света произойдет в том случае, если разность хода будет кратна целому числу длин волн.
-
Оптическая разность хода равна разности оптических путей, каждый из которых равен произведению пути луча на абсолютный показатель преломления среды
где λ1/2 учитывает сдвиг фазы при отражении в точке В (когдаi<iБр и n>n1), а n1λ1 = λ0.
-
Условия для интерференционных максимумов и минимумов будут иметь вид
для максимумов;
для минимумов.
-
Оптическая разность хода для проходящих через пленку лучей отличается от оптической разности хода для отраженных от пленки лучей на λ0/2 и, следовательно, максимумам отражения соответствуют минимумы прохождения света. И наоборот.
-
Наибольшая толщина пленки, при которой еще наблюдается интерференция, ограничивается временем когерентности
и →
-
Многократное отражение может вносить коррективы в значение интенсивности интерференционных максимумов, только если коэффициент отражения имеет довольно большое значение (обычно коэффициент отражения мал).
-
Когда на плоскопараллельную пленку пучок света падает под разными углами (расходящийся или сходящийся пучок), наблюдается интерференционная картина в виде полос равного наклона.
-
Так как d и n во всех точках пленки одинаковы, то оптическая разность хода интерферирующих волн изменяется только из-за изменения угла i падения лучей.
-
Так как пленка по определению плоскопараллельная и лучи 1' и 1" параллельны, то интерференционную картину в виде полос равного наклона можно наблюдать либо в бесконечности (полосы равного наклона локализованы в бесконечности), либо в фокальной плоскости собирающей линзы.
-
Условия интерференции для всех лучей, падающих на поверхность пленки и отражающихся от нее одними и теми же под углами, одинаковы. Поэтому для разных углов падения световых лучей максимумы интерференции будут в разных точках фокальной плоскости линзы.
-
Если оптическая ось линзы будет перпендикулярна поверхности пленки, то полосы равного наклона будут иметь вид концентрических колец.
-
Когда на тонкую прозрачную пленку неодинаковой толщины падает пучок параллельных лучей, при отражении возникает интерференционная картина в виде полос равной толщины.
-
Отраженные от верхней и нижней грани пленки лучи пересекаются вблизи поверхности пластинки (локализованы вблизи поверхности клина).
-
Каждая из полос возникает при отражении от мест пленки с одинаковой толщиной.
-
Частным случаем полос равной толщины являются кольца Ньютона, для которых оптическая разность хода лучей отраженных от верхней и нижней поверхностей воздушного зазора между плосковыпуклой линзой и плоской пластинкой составляет
где R – радиус кривизны линзы; r – расстояние до точки наблюдения от центра кольцевой интерференционной картины; n – показатель преломления (для воздуха ≈ 1).
Радиусы темных и светлых колец определяются по формулам
- для темного кольца;
- для светлого кольца.
Достарыңызбен бөлісу: |