Методы наблюдения интерференции. Расчет интерференции. Интерференция в тонких пленках

-Методы наблюдения интерференции света. Для осуществления интерференции света необходимо получить когерентные световые пучки, для чего применяются различные приемы. До появления лазеров во всех приборах для наблюдения интерференции света когерентные пучки получали разделением и последующим сведением световых лучей, исходящих из одного и того же источника. Практически это можно осуществить с помощью экранов и щелей, зеркал и преломляющих тел. Рассмотрим некоторые из этих методов.

1. Метод Юнга. Источником света служит ярко освещенная щель S(рис. 245), от которой световая волна падает на две узкие равноудаленные щели S1 и S2,параллельные щели S. Таким образом, щели S1 и S2играют роль когерентных источников.

Интерференционная картина (область ВС) наблюдается на экране (Э), расположенном на некотором расстоянии параллельно S1 и S2. Т. Юнгу принадлежит первое наблюдение явления интерференции.

2. Зеркала Френеля. Свет от источника S падает расходящимся пучком на два плоских зеркала А1О и А2О,расположенных относительно друг друга под углом, лишь немного отличающимся от 180° (угол jмал). Используя правила построения изображения в плоских зеркалах, можно показать, что и источник, и его изображения S1 и S2(угловое расстояние между которыми равно 2j)лежат на одной и той же окружности радиуса r с центром в О(точка соприкосновения зеркал). Световые пучки, отразившиеся от обоих зеркал, можно считать выходящими из мнимых источников S1 и S2, являющихся мнимыми изображениями S в зеркалах. Мнимые источники S1 и S2 взаимно когерентны, и исходящие из них световые пучки, встречаясь друг с другом, интерферируют в области взаимного перекрывания (на рис. 246 она заштрихована). Можно показать, что максимальный угол расхождения перекрывающихся пучков не может быть больше 2j. Интерференционная картина наблюдается на экране (Э), защищенном от прямого попадания света заслонкой.

3. Бипризма Френеля. Она состоит из двух одинаковых, сложенных основаниями призм с малыми преломляющими углами. Свет от источника S(рис. 247) преломляется в обеих призмах, в результате чего за бипризмой распространяются световые лучи, как бы исходящие из мнимых источников S1 и S2,являющихся когерентными. Таким образом, на поверхности экрана (в заштрихованной области) происходит наложение когерентных пучков и наблюдается интерференция. Можно считать, что здесь образуются два близких мнимых изображения S1 и S2 источника S, так как каждая половина бипризмы отклоняет лучи на небольшой угол.

4. Билинза Бийе Аналогичное бипризме Френеля устройство, в котором роль когерентных источников играют действительные изображения ярко освещенной щели, получается, если собирающую линзу разрезать по диаметру и половинки немного раздвинуть. Прорезь закрывается непрозрачным экраном А, а падающие на линзу лучи проходят через действительные изображения щели и и дальше перекрываются, образуя интерференционное поле.

-Расчет интерференции. В волновой оптике разработаны методы расчета интерференционной картины. Для расчетов используется величина произведения геометрического пути s световой волны (светового луча) в данной среде на показатель преломления n этой среды. Эта величина L = s · n получила название оптический путь волны (луча). Разность оптических путей двух волн ∆L = L1 – L2 = = s1n1 –s2 n2 получила название оптическая разность хода двух волн. Для расчета оптической разности хода удобнее рисовать лучи, а не волны.

Условие максимумапри интерференции. Если оптическая разность хода равна целому числу длин волн в вакууме: то колебания, возбуждаемые в данной точке среды обеими волнами, будут происходить в одинаковой фазе, а, значит, будут усиливать друг друга.

Условие минимума при интерференции. Если оптическая разность хода равна полуцелому числу длин волн в вакууме: то колебания, возбуждаемые в данной точке среды обеими волнами, будут происходить в противофазе, а, значит, будут ослаблять друг друга.

В 1892 г. Т. Юнг поставил классический опыт по наблюдению интерференции света. В непрозрачной ширме он проколол булавкой два маленьких отверстия S1 и S2 на небольшом расстоянии друг от друга. Сферическая волна от отверстия S возбуждала в отверстиях S1 и S2 вторичные когерентные световые волны, которые, накладываясь, давали на экране Э интерференционную картину в виде чередующихся светлых и темных полос. показано двух лучей, которые попадают на экран Э в точку с координатой х и усиливают друг друга, образуя максимум интенсивности I. Между максимумами интенсивности (светлыми полосами) находятся минимумы интенсивности (темные полосы). Расстояние ∆х между соседними минимумами (равному расстоянию между соседними максимумами) называется шириной интерференционной полосы.

- Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины и полосы равного наклона.Получить устойчивую интерференционную картину для света от двух разделённых в пространстве и независящих друг от друга источников света не так легко, как для источников волн на воде. Атомы испускают свет цугами очень малой продолжительности, и когерентность нарушается. Сравнительно просто такую картину можно получить, сделав так, чтобы интерферировали волны одного и того же цуга. Так, интерференция возникает при разделении первоначального луча света на два луча при его прохождении через тонкую плёнку, например плёнку, наносимую на поверхность линз у просветлённых объективов. Луч света, проходя через плёнку толщиной, отразится дважды — от внутренней и наружной её поверхностей. Отражённые лучи будут иметь постоянную разность фаз, равную удвоенной толщине плёнки, от чего лучи становятся когерентными и будут интерферировать. Полное гашение лучей произойдет при где — длина волны. Если нм, то толщина плёнки равняется 550:4=137,5 нм. Интерференция света на мыльном пузыре.Лучи соседних участков спектра по обе стороны от нм интерферируют не полностью и только ослабляются, отчего плёнка приобретает окраску. В приближении геометрической оптики, когда есть смысл говорить об оптической разности хода лучей, для двух лучей

— условие максимума;

— условие минимума,

где k=0,1,2… и — оптическая длина пути первого и второго луча, соответственно.

Явление интерференции наблюдается в тонком слое несмешивающихся жидкостей (керосина или масла на поверхности воды), вмыльных пузырях, бензине, на крыльях бабочек, в цветах побежалости, и т. д.