Интерференция света. Лекция 11

1.

Лекция 11
Интерференция света
Интерференция света от двух точечных
источников: опыт Юнга, зеркала Френеля,
биопризма Френеля. Интерференция в
тонких пленках. Кольца Ньютона.

2.

Методы получения когерентных волн
Для получения когерентных световых волн используют два
различных метода.
Метод
деления
волнового
фронта
Метод
деления
амплитуды
Разделение волны осуществляется
• с помощью двух близко расположенных
отверстий (опыт Юнга),
• при отражении от зеркальных поверхностей
(бизеркала Френеля),
• с помощью преломлений (бипризма
Френеля)
Световая волна делится на две части при
прохождении
прозрачных
слоев,
или
отражении от разных поверхностей слоя,
толщина которых соизмерима с длиной
световой
волны
(кольца
Ньютона,
интерференция в тонких пленках)

3.

Способы получения когерентных волн
Опыт Юнга
Ширмы с отверстиями
Экран
L
x
d
1
x
d
2
L

4.

5.

Расчет интерференционной картины
Экран
Оптическая
разность хода
х
xd
r2 n2 r1n1
L
r1n1
Положение max
r2n2
L
L
xmax max m λ
d
d
L
Положение min
Расстояние между соседними max
(или min)
Ширина
интерференционной
полосы
xmin
L
1 L
min m λ
d
2 d
L
m 1
m
x xmax xmax x d λ

6.

Способы получения когерентных волн
Зеркала Френеля
S
Зеркало 1
a b
x
2a
Экран
1
S1
x
d
O
S2
2
Зеркало 2
a
b
L

7.

Способы получения когерентных волн
a b
x
2a n 1
Бипризма Френеля
Экран
0 – малый преломляющий
угол
1
Бипризма
S1
d
x
S
S2
2
a
b
L

8.

Интерференция в тонких пленках
Ход лучей в плоскопараллельной пластине
h – толщина пластинки
n – показатель преломления
β – угол преломления
λ
n( AB BC ) AD
2
λ/2 обусловлена
потерей полуволны
при отражении света
от оптически более плотной
среды (в т. А)
Типы интерференции
в тонких пленках
полосы равного наклона
(α = const)
2nh cos
2
полосы равной толщины
(h = const)
кольца Ньютона

9.

Интерференция света в тонких пленках
Пусть на плоскопараллельную прозрачную пленку с
показателем преломления n и толщиной d под углом α
падает
плоская
монохроматическая
волна.
На
поверхности пленки в точке А луч разделится на два:
частично отразится от верхней поверхности пленки, а
частично преломится. Преломленный луч, дойдя до точки
С, частично преломится в воздух (п0=1), а частично
отразится и пойдет к точке В. Здесь он опять частично
отразится и преломится, выходя в воздух под углом α.
Вышедшие из пленки лучи 1 и 2 когерентны, если
оптическая разность их хода мала по сравнению с длиной
когерентности падающей волны. Если на их пути поставить
собирающую линзу, то они сойдутся в одной из точек Р
фокальной плоскости линзы. В результате возникает
интерференционная картина, которая определяется
оптической разностью хода между интерферирующими
лучами.

10.

Интерференция в тонких пленках.
Полосы равного наклона
Толщина
пластины
одинаковая
Интерференционные полосы, возникающие
в результате наложения лучей, падающих
на плоскопараллельную пластинку под одинаковыми углами

11.

Интерференция в тонких пленках.
Полосы равной толщины
Угол падения лучей
одинаковый
Интерференционные полосы, возникающие в результате
интерференции от мест одинаковой толщины

12.

Интерференция в тонких пленках. Полосы равной
толщины
в мыльных пленках
в масляных пленках

13.

Кольца Ньютона

14.

R r (R d )
2
2
m
2
r 2 Rd при d R
2
m
r
2d
2
R 2
2
rm
min :
m
R 2
2
Радиус темных колец Ньютона :
rm
m R
2
m

15.

Кольца Ньютона в зеленом и
красном свете (в отраженном свете)

16.

Интерференция в тонких пленках.
Кольца Ньютона
в отраженном свете:
2h
2
r2
R 2
2
r
h
2R
R – радиус
кривизны
линзы
для m-го светлого кольца
1
rm m R
2
m = 0,1,2,…
для m-го темного кольца
rm m R
в отраженном свете
в проходящем свете

17.

Многолучевая интерференция
Возникает в тех случаях, когда поверхности, ограничивающие пленку или
пластинку, обладают высоким коэффициентом отражения
1, 2, 3, …, N –
когерентные
лучи

18.

Использование интерференции
Интерференция может быть
использована для
подтверждения
волновой природы света
измерения длин волн
Интерференционная
спектроскопия
измерения показателей
преломления
Интерференционные
рефрактометры
улучшения качества оптических
приборов
Просветление оптики
получения высокоотражающих
покрытий
с точностью
до 10-8 м
контроля качества обработки
поверхностей
интерференция
в тонких пленках

19.

Интерферометры
Интерферометр
измерительный прибор, использующий явление
интерференции
Пучок света пространственно разделяется
на несколько когерентных пучков,
которые проходят различные оптические пути
и при наложении создают интерференционную картину,
по которой можно установить смещение фаз пучков
по числу
интерферирующих
пучков света
Интерферометры
двухлучевые
многолучевые

20.

Интерферометр Майкельсона
Для исследования поверхности
создается тонкая клиновидная
прослойка воздуха между
поверхностью образца S2
и изображением зеркала S’1
2 L2 L1
L1 и L2 –
длины «плеч»
интерферометра
2
n x n0 l
Неровности поверхности размером до
10-6 см вызывают заметные
искривления интерференционных
полос, образующихся
при отражении света
от проверяемой поверхности
и поверхности зеркала
сдвиг интерференционных
полос
m
n x n0 l
Используется:
в фурье-спектроскопии
для измерения спектральных
характеристик небесных тел

21.

Интерференционные рефрактометры
«Рефракция» - преломление
Определение показателей преломления
Интерферометр Рэлея

22.

Просветление оптики
толщину пленки
подбирают таким образом, чтобы
для отраженного света выполнялось условие
интерференционного min
для длин волн средней части спектра (λз~555 нм)
d n1
потери энергии
при отражении
уменьшаются
4
доля энергии
проходящего света
возрастает

23.

Просветление оптики
2dnпл 2m 1 ; d min
; nпл nст .
2
4nпл

24.

Применение интерференции
Создание высокоотражающих поверхностей
(в основе – интерференция отраженных лучей на max)
Интерференционные
светофильтры
многолучевая
интерференция

25.

26.

Применения интерференции
• Прецизионные измерения длины волны
• С помощью интерферометров можно
исследовать качество шлифовки поверхностей,
шлифовки линз и зеркал
• В астрономии интерференционные методы
позволяют оценить угловой диаметр звезд
• Измеряют коэффициенты преломления
веществ, измеряют весьма малые
концентрации примесей в газах и жидкостях