Практическое применение явления интерференции. Интерферометры.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 10Следующая ⇒

Явление интерференции используется в ряде весьма точных измерительных приборов, получивших название интерферометров. Также это явление применяется для улучшения качеств оптических приборов (просветление оптики) и получения высокоотражающих покрытий. Например, Прохождение света через каждую преломляющую поверхность линзы, например через границу стекло-воздух, сопровождается отражением порядка 4% падающего потока (при n стекла 1.5). Так как современные объективы содержат большое количество линз, то число отражений в них велико, а поэтому в них велики и потери светового потока. Таким образом интенсивность прошедшего света ослабляется и светосила опт. прибора уменьшается. Кроме того, отражение от поверхности линз приводит к возникновению бликов. Чтобы интерферирующие лучи гасили друг друга их амплитуды должны быть равны, а оптическая разность хода – равна .

Интерферометры – оптические приборы, основанные на явлении интерференции световых волн. Они получили наибольшее распространение как приборы для измерения длин волн спектральных линий и их структуры; для измерения показателя преломления прозрачных сред; в метрологии для абсолютных и относительных измерений длин и перемещений объектов; измерения угловых размеров звезд; для контроля формы и деформации оптических деталей и чистоты металлических поверхностей. Принцип действия основан на пространственном разделении пучка света с целью получения нескольких когерентных лучей, которые проходят различные оптические пути, а затем сводятся вместе и наблюдается результат их интерференции.

Монохроматический свет от источника L падает под углом 45° на плоскопараллельную пластинку P1. Сторона пластинки, удаленная от L, посеребренная и полупрозрачная, разделяет луч на две части: луч 1 (отражается от посеребренного слоя) и луч 2 (проходит через него). Луч 1 отражается от зеркала М1 и, возвращаясь обратно, вновь проходит через пластинку Р1 (луч 1'). Луч 2 идет к зеркалу М2, отражается от него, возвращается обратно и отражается от пластинки Р1 (луч 2'). Так как первый из лучей проходит пластинку Р1 дважды, то для компенсации возникающей разности хода на пути второго луча ставится пластинка Р2 (точно такая же, как и Р1, только не покрытая слоем серебра). Лучи 1' и 2' когерентны; следовательно, будет наблюдаться интерференция, результат которой зависит от оптической разности хода луча 1 от точки О до зеркала М1 и луча 2 от точки О до зеркала M2. При перемещении одного из зеркал на расстояние разность хода обоих лучей увеличится на и произойдет смена освещенности зрительного поля. Следовательно, по незначительному смещению интерференционной картины можно судить о малом перемещении одного из зеркал и использовать интерферометр Майкельсона для точного измерения длин.

2. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля от диска и круглого отверстия. Зонные пластинки. Характерные области дифракции света. Дифракция в параллельных лучах (дифракция Фраунгофера). Дифракция Фраунгофера от щели. Дифракция Фраунгофера на системе щелей. Дифракционная решетка. Дифракционные спектры. Критерий разрешения Рэлея. Дисперсия и разрешающая способность решетки. Дифракция рентгеновских волн.

Дифракция света.

Дифракцией называется совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в среде с резкими неоднородностями, например, в близи границ прозрачных или непрозрачных тел, сквозь малые отверстия. Дифракция, в частности, приводит к огибанию световыми волнами препятствий, и проникновению света в область геометрической тени. Между интерференцией и дифракцией нет существенных физических различий. Оба явления заключаются в перераспределении светового потока в рез-тате суперпозиции волн. Перераспределение интенсивности, возникающее вследствие суперпозиции волн, возбуждаемых когерентными источниками, принято называть дифракцией волн. Поэтому говорят, например, об интерференционной картине от двух узких щелей и о дифракционной картине от одной щели. Различают два вида дифракции. Если источник S и точка наблюдения P расположены от препятствия настолько далеко, что лучи, падающие на препятствие, и лучи, идущие в точку Р, образуют практически параллельные пучки, говорят о дифракции Фраунгофера (дифракции. в параллельных лучах). В противном случае говорят о дифракции Френеля.

Принцип Гюйгенса-Френеля.

Явление дифракции объясняется с помощью принципа Гюйгенса, согласно которому каждая точка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн дает положение волнового фронта в следующий момент времени. Но этот принцип не дает сведений об амплитуде а следовательно и об интенсивности волн, распространившихся в различных направлениях. Френель дополнил принцип Гюйгенса представлением об интерференции вторичных волн. Учет амплитуд и фаз вторичных волн позволяет найти амплитуду результирующей волны в любой точке пространства. Согласно принципу Г-Ф каждый элемент волновой поверхности S служит источником вторичной волны, амплитуда которой пропорциональна величине элемента dS. Амплитуда сферической волны убывает с расстоянием по закону 1/r. След. от каждого участка dS волновой поверхности в точку Р, лежащую перед этой поверхностью, приходит колебание , где - в месте расположения волновой поверхности S, к – волновое число. Множитель определяется амплитудой светового колебания в том месте, где находится dS. К зависит от между нормалью n к dS и направлением от dS к Р. При =0, К – максимален, при – он обращается в 0. Результирующее колебание в точке Р будет:

. Эта формула является аналитическим выражением принципа Г-Ф.

Метод зон Френеля.

Принцип Г- Ф. должен был ответить на вопрос о прямолинейном распространении света. Френель решил эту задачу, рассмотрев взаимную интерференцию вторичных волн и применив следующий прием:

Найдем в произвольной точке М амплитуду световой волны, распространяющейся в однородной среде из точечного источника монохроматического света . Согласно принципу Г-Ф. заменим действие источника S действием воображаемых источников, расположенных на вспомогательной поверхности Ф, являющейся пов-тью фронта волны, идущей из (пов-ть сферы радиуса R с центром S). Радиус выберем так, чтобы расстояние L от точки М до этой сферы (L=|OM|) было порядка R.

Разобьем поверхность S на небольшие по площади кольцевые участки – зоны Френеля. Колебания, возбуждаемые в точке М двумя соседними зонами, противоположны по фазе, т.к. разность хода от сходственных точек этих зон до точки М равна . След. амплитуда результирующих колебаний в точке М: – амплитуда колебаний, возбуждаемых в точке М вторичными источниками. Величина зависит от площади i-той зоны и угла между внешней нормалью к поверхности зоны в какой-либо ее точке и прямой, направленной из этой точки в точку М. Точки В и В’ соответствуют внешне границе i- той зоны. Общее число N зон Френеля, уменьшающихся на части сферы, обращенной к точке М велико: . Например, если . Радиус зоны определяется по формуле .

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒