Методи за наблюдение на светлинна интерференция
Изчисляване на смущения от 2 източника на светлина
Има няколко метода за наблюдение на светлинна интерференция. Примери са методът наYoung и огледалата на Френел.
Юнг получава интерферентни ивици по начин - сноп светлина от слънцето пада върху екран с малък отвор или тесен процеп. След това върху екрана с два тесни отвора S1 и S2. Светлинните лъчи от S1 и S2 бяха насложени, което доведе до 2 кръстосани, различни кохерентни светлинни лъча. На екрана се наблюдават паралелни интерферентни ивици, където лъчите се припокриват.
d е разстоянието между източниците, е разстоянието от източниците до екрана, е разстоянието от точка O до разглежданата точка A.
Интензитетът във всяка точка A се определя от оптичната разлика в пътя: , тъй като .
От фигурата следва, че
, , Тогава
, защото , .
, , .
Намерете координатите на максимумите:
, оттук ,
, следователно .
Разстоянието между съседните максимуми е:
,
и между съседни минимуми:
.
Разстояние между съседен максимум и минимум:
Смущение в тънки филми.
Феноменът на интерференция в тънките слоеве се наблюдава широко в естествени условия: преливащо оцветяване на сапунени мехурчета, маслени филми, маслени петна по повърхността на водата, крила на пеперуда.
В този случай се намесват лъчите, получени от отразяването на падащия лъч от горната и долната повърхност. Оптичната разлика в пътя между лъчите не е голяма поради малката дебелина на филма и следователно те принадлежат към един и същ влак и следователно са кохерентни.
Падащата вълна се отразява частично от повърхността на филма (лъч 1) и частично се пречупва (лъч OC).Пречупената вълна, достигайки долната повърхност на филма, се отразява от него (лъч CB). След това лъч CB се пречупва в горната повърхност (лъч 2). Лъчи 1 и 2 се събират на екрана в точкаPс помощта на леща и интерферират. Резултатът от смущението зависи от оптичната разлика в пътя между лъчи 1 и 2.
Оптичната разлика в пътя между два интерфериращи лъча от точка O до равнината AB е равна на: Разстоянията OA, OC и CB се намират по геометричен метод ( , фиг. 1): , .
Смущаващи устройства и техните приложения.
Интерференцията се използва при свръхпрецизни измервания. Използват се инструменти - интерферометри, те се основават на явлението интерференция. 2-ра област - контрол върху повърхността с висок клас на точност. 3) за определяне на коефициента на линейно разширение на твърдо тяло - делатометър. 4) просветление на оптиката.
Принципът на Хюйгенс-Френел.
Качествено явлението дифракция на светлината се обяснява на базата на принципа на Хюйгенс: всяка точка в пространството, до която е достигнало светлинното възбуждане, става източник на вторични вълни, разпространяващи се в тази среда с характерната си фазова скорост v. Локусът на точките, до които светлинното възбуждане достига в същия интервал от време, се нарича вълнов фронт или вълнова повърхност. Обвивката на вторичните вълни е позицията на фронта на вълната в следващия момент от времето. Нека вълна се разпространява и нейният вълнов фронт в определен момент от време е повърхността F. Такова разпространение показва, че вълновият фронт е огънат в краищата, както и лъчите (нормални към вълновата повърхност).Количествено изчисление на явлението дифракция е направено от: Френел, който изхожда от редица положения, приети без доказателство и съставляващи принципа на Хюйгенс-Френел. Тези разпоредби се свеждат до следното: 1) следвайки Хюйгенс, Френел предложи да се замени действителният източник на радиация с еквивалентен набор от вторични (виртуални) източници и торични вълни, излъчвани от тях. 1) Безкрайно малки участъци от повърхността S, затворени около So, действат като вторичен източник. Изборът на повърхност S е произволен, но най-често повърхността S съвпада с нулевата повърхност. 2) според Френел, всички вторични източници са кохерентни един с друг и излъчват кохерентни вълни, във всяка точка извън S, вълните, идващи от So представляват интерференцията на вторични вълни. За повърхност S, съвпадаща с фронта на вълната, всички вторично излъчвани трептения са в една фаза. 3) за повърхността S, съвпадаща с вълновата повърхност, вторични източници с различна площ излъчват вторично лъчение с еднаква мощност. dS1=dS2=dSn; dP1=dP2=dPn (P-мощност). 4) Всеки вторичен източник излъчва посоката на нормалата към вълновата повърхност в дадена точка. Интензитетът (амплитудата) на излъчване в точката p е толкова по-малък, колкото по-голям е ъгълът α
между външната нормала и начертания радиус вектор
в точката на наблюдение. Фазата на полученото трептене също зависи от r (c). 5) ако част от вълновата повърхност е блокирана от непрозрачен екран, тогава светлинният ефект в точката на наблюдателя се осъществява от отворени вторични източници. За да се намери полученото трептене в точка P, е необходимо да се сумират вторичните източници по тяхната амплитуда и фази. Съществува приблизителен метод за изчисляване на интерференцията на вторичните вълни - методът на зоните на Френел
Зонов метод на Френел.
Френел предложи да се обединят симетричните точки на светлинна вълна в зони, като се избере конфигурацията и размерите на зоната така, че разликата в пътя на лъчите от краищата на 2 съседни зони от точката на наблюдение да бъде равна на l / 2 и, следователно, от краищата на 2 съседни вълни, пристигането. до точката на наблюдение в антифаза и когато други се наслагват върху други, те отслабват.
Нека означим с h/z A1 амплитудата на трептенията в точката P, дадена от всички точки на източниците, които намираме вътре в 1-вата зона на Френел. Ясно е, че A1> A2> A3…
Резултатът от амплитудата на трептене в точка P, дадена от всички зони на Френел, ще бъде A= A1- A2+A3- A4…, A=A1/2+(A1/2-A2+ A3/2)+(A3/2-A4+ A5/2)+…=> A=A1/2. Може да се види, че в случай, че всички зони на Френел са отворени, тогава амплитудата на трептене е = половината от амплитудата на трептене, дадена от 1-вата зона на Френел.