Методи спостереження інтерференції світла
Розрахунок інтерференції від 2-х джерел світла
Існує кілька методів спостереження інтерференції світла. Прикладами єметод Юнга та дзеркал Френеля.
Юнг отримав смуги інтерференції способом – пучок світла від сонця падав на екран із малим отвором чи вузькою щілиною. Потім на екран з двома вузькими отворами S1 та S2. Світлові пучки від S1 і S2 накладалися, в результаті чого виходить 2 перехрещуються, що розходяться когерентних пучка світла. На екрані на місці перекривання пучків спостерігалися паралельні інтерференційні лінії.
d-відстань між джерелами, - відстань від джерел до екрану, - відстань від точки Про до розглянутої точки А.
Інтенсивність у будь-якій точці А визначається оптичною різницею ходу: , оскільки .
З малюнка випливає, що
, , тоді
, так як , .
, , .
Знайдемо координати максимумів:
звідси,
звідси.
Відстань між сусідніми максимумами дорівнює:
,
а між сусідніми мінімумами:
.
Відстань між сусіднім максимумом та мінімумом:
Інтерференція у тонких плівках.
Явище інтерференції в тонких плівках широко спостерігається в природних умовах: райдужне забарвлення мильних бульбашок, нафтових плівок, масляних плям на поверхні води, крил метелика.
У цьому випадку інтерферують промені, отримані від відображення падаючого променя від верхньої та нижньої поверхонь. Оптична різниця ходу між променями не велика через малу товщину плівки і тому вони належать одному цугу, а значить когерентні.
Падаюча хвиля частково відбивається від поверхні плівки (промінь 1) і частково заломлюється (промінь OC).Заломлена хвиля, досягнувши нижньої поверхні плівки, відбивається від неї (промінь CB). Промінь CB потім заломлюється на верхній поверхні (промінь 2). Промені 1 і 2 за допомогою лінзи збираються на екрані в точці P і інтерферують. Результат інтерференції залежить від оптичної різниці ходу між променями 1 та 2.
Оптична різниця ходу між двома інтерферуючими променями від точки O до площини AB дорівнює: , де - Показник заломлення плівки, член обумовлений втратою напівхвилі при відображенні світла від межі розділу з оптично більш щільним середовищем. Відстані OA, OC і CB є геометричним методом ( , рис.1): , .
Ннтерференційні прилади та їх застосування.
Інтерференція застосовується у надточних претензійних вимірах. Використовуються прилади – інтерферометри, у основі лежить явище інтерференції. Друга область - контроль за чистотою обробки поверхні високого класу точності. 3) визначення коефіцієнта лінійності розширення твердого тіла – делатометр. 4) просвітлення оптики.
Принцип Гюйгенса-Френеля.
Якісно явище дифракції світла пояснюється основі принципу Гюйгенса: кожна точка простору до якої дійшло світлове збудження стає джерелом вторинних хвиль, що поширюються у цьому середовищі з характерною нею фазової швидкістю v. Геометричне місце точок, до якого доходить світлове збудження за той самий проміжок часу носить назву фронту хвилі або хвильової поверхні. Огибающая вторинних хвиль – є становище хвильового фронту на наступний час. Нехай розростається хвиля та її хвильовий фронт у певний момент часу є поверхня Ф. Таке поширення показує, що хвильовий фронт загинається на кінцях, так само як і промені (нормаль до хвильової поверхні).Кількісний розрахунок дифракційного явища було зроблено: Френелем, який виходив із ряду положень, що приймаються без доказу та складають принцип Гюйгенса-Френеля. Ці положення зводяться до наступного: 1) за Гюйгенсом Френель запропонував замінити реально діюче джерело випромінювання еквівалентною йому сукупністю вторинних (віртуальних) джерел і вторинних хвиль, що ними випускаються. 1) Як вторинне джерело виступають нескінченно малі ділянки поверхні S замкнутої навколо So. Вибір поверхні S довільний, але найчастіше поверхня S збігається з нульовою поверхнею. 2) згідно з Френелем всі вторинні джерела когерентні між собою і випускають когерентні хвилі, в будь-якій точці поза S, хвилі, що йдуть від So являють собою інтерференцію вторинних хвиль. Для поверхні S збігається з хвильовим фронтом всі вторинні коливання, що випускаються, в одній фазі. 3) для поверхні S, що збігається з хвильовою поверхнею різні за площею вторинні джерела випромінюють рівне за потужністю вторинне випромінювання. dS1 = dS2 = dSn; dP1 = dP2 = dPn (P-потужність). 4) Кожен вторинний джерело, випромінює напрямок нормалі до хвильової поверхні у цій точці. Інтенсивність випромінювання (амплітуда) у точці p тим менша, чим більший кут α
між зовнішньою нормаллю та радіус-вектором проведеним
у точці спостереження. Фаза результуючого коливання залежить також від r (в). 5) якщо честь хвильової поверхні перекрито непрозорим екраном, то світловий вплив у точці спостерігача здійснюється відкритими вторинними джерелами. Для знаходження результуючого коливання в точці P, необхідно підсумувати вторинні джерела з їхньої амплітуди та фаз. Існує наближений метод розрахунку інтерференції вторинних хвиль – метод зон Френеля
Метод зон Френеля.
Френель запропонував об'єднав симетричні точки світлової хвилі в зони вибираючи конфігурацію і розміри зони такі, що різниця ходу променів від країв 2-х сусідніх зон від точки спостережень дорівнювала l/2 і отже від країв 2-х сусідніх хвиль прихід. в точку спостереження в протифазі та при накладенні ін. на ін. слабшають.
Позначимо через A1 амплітуду коливань у точці P даним всіма точками джерелами знаходимо всередині 1-ї зони Френеля. Зрозуміло що A1> A2> A3…
Результат амплітуди коливань у т.P, що дається всіма зонами Френеля, буде A= A1- A2+A3- A4…, A=A1/2+(A1/ 2-A2+ A3/2)+(A3/2-A4+ A5/2)+…=> A=A1/2. Видно що в тому випадку, якщо відкриті всі зони Френеля, то амплітуда коливань = половині амплітуди коливань, що дається 1-ю зоною Френеля.