Способы получения когерентных волн.

Получение когерентных волн для реализации интерференции в оптике осуществляется двумя способами:

1.инструментальное получение из данного источника двух когерентных;

2.деление фронта волны.

 

Схемы получения когерентных волн в первом случае основаны на получении двух источников, которые являются двумя изображениями данного единого излучающего центра (метод Юнга, бипризма Френеля, зеркала Френеля). Во втором случае получение когерентных волн происходит делением волны в пределах цуга на две волны (интерферометр Майкельсона, тонкие пленки, клин, кольца Ньютона).

 

23. Интерференция. Условия максимума и минимума интерференции. Опыт Юнга.

Интерференция.

Интерференцией световых волн называется сложение двух когерентных волн, вследствие которого наблюдается усиление или ослабление результирующих световых колебаний в различных точках пространства.

Условия максимума и минимума интерференции.

Условие максимума: ∆ φ =(-2π /λ ₀)∆, ∆ =±(λ ₀/2)2m, m=0, 1, 2, … => A=A₁+A₂

Условие минимума: ∆ φ =(-2π /λ ₀)∆, ∆ =±(λ ₀/2)(2m+1), m=0, 1, 2, … => A=׀ A₁-A₂׀

Опыт Юнга.

В этом опыте Юнг поток света направил на непрозрачную пластинку с двумя очень маленькими отверстиями, за которой находился экран. Если придерживаться господствовавшей в то время корпускулярной теории света, то на экране он должен был увидеть две светящиеся точки. Вместо этого на экране он увидел чередующиеся светлые и тёмные полосы. Причём самая яркая из них находилась на экране посередине между отверстиями на перегородке, чего быть вообще-то не должно. Юнг объяснил возникновение полос явлением интерференции света.

 

Но мы с вами ранее сказали, что интерференция - это сложение в пространстве двух или нескольких волн. Таким образом, мы, вслед за Юнгом, можем сказать, что свет обладает волновыми свойствами.

 

На экране светлые полосы соответствуют точкам, в которых фазы волн одинаковы, а тёмные - точкам, в которых фазы волн противоположны. Существует формула, по которой можно рассчитать, в каком месте экрана будет светлая, а в каком тёмная полоса:

 

Как видно из формул, расположение максимумов и минимумов на экране будет зависеть от расстояния между источниками (d), расстояния от источников до экрана (L) и от длины волны λ ₀

 

24. Интерференция. Условия максимума и минимума интерференции. Кольца Ньютона.

Кольца Ньютона.

  Классическим примером полос равной толщины являются кольца Ньютона. Они наблюдаются при отражении света от соприкасающихся друг с другом плоскопараллельной стеклянной пластинки большой толщины и плоско-выпуклой линзы большого радиуса кривизны. Роль тонкой пленки, от которой отражаются когерентные волны, играет воздушный зазор между пластинкой и линзой. Падающий луч 1 отражается в точках А и В (рис.) от верхней и нижней поверхности воздушного клина и образует отраженные лучи 1^/ и 1^//, имеющие разность хода:

 

25. Интерференция. Условия максимума и минимума интерференции. Плоскопараллельная пластинка.

Плоскопараллельная пластина.

Плоскопараллельная пластина — это оптический прибор, представляющий собой ограниченный параллельными поверхностями слой однородной среды, прозрачной в некотором интервале длин волн λ оптического излучения. Основным оптическим свойством пластины является то, что луч, падающий на пластину, в результате двукратного преломления на поверхностях пластины параллельно смещается на некоторую величину δ L относительно исходного луча (см. рисунок).

Плоскопараллельную пластину можно рассматривать в качестве сферической линзы, ограниченной поверхностями бесконечного радиуса. Для такой линзы величина оптической силы равна нулю. Именно поэтому обычные оконные стекла не искажают изображения, а лишь немного смещают его. Но такой сдвиг незаметен глазу, поскольку сдвигается все изображения в поле зрения.

 

26. Интерференция. Условия максимума и минимума интерференции. Тонкий клин.

 

27. Дифракция. Виды дифракции. Принцип Гюйгенса-Френеля.

Дифракция.

Под дифракцией света понимают явление непрямолинейного распространения света, проникновение его в область геометрической тени, огибание им препятствий.

Виды дифракции.

1. Дифракция на круглом отверстии (дифракция Френеля).

2. Дифракция от щели (дифракция Фраунгофера).

3. Дифракционная решётка.

Принцип Гюйгенса-Френеля.

  Согласно принципу Гюйгенса-Френеля световая волна, возбуждаемая каким-либо источником S может быть представлена как результат суперпозиции когерентных вторичных волн. Каждый элемент волновой поверхности S (рис.) служит источником вторичной сферической волны, амплитуда которой пропорциональна величине элемента dS.

 

Амплитуда этой вторичной волны убывает с расстоянием r от источника вторичной волны до точки наблюдения по закону 1/r. Следовательно, от каждого участка dS волновой поверхности в точку наблюдения Р приходит элементарное колебание:

где (ω t + α 0) − фаза колебания в месте расположения волновой поверхности S, k − волновое число, r − расстояние от элемента поверхности dS до точки P, в которую приходит колебание. Множитель а₀ определяется амплитудой светового колебания в месте наложения элемента dS. Коэффициент K зависит от угла φ между нормалью к площадке dS и направлением на точку Р. При φ = 0 этот коэффициент максимален, а при φ /2 он равен нулю.

  Результирующее колебание в точке Р представляет собой суперпозицию колебаний (1), взятых для всей поверхности S:

Эта формула является аналитическим выражением принципа Гюйгенса-Френеля.

28. Метод зон Френеля (на примере сферической волны). Условия дифракционного максимума и минимума. Дифракция на малом отверстии.

Метод зон Френеля (на примере сферической волны).

 

Френель предложил метод разбиения фронта волны на кольцевые зоны, который впоследствии получил название метод зон Френеля.

 

Пусть от источника света S распространяется монохроматическая сферическая волна, P - точка наблюдения. Через точку O проходит сферическая волновая поверхность. Она симметрична относительно прямой SP.

 

Разобьем эту поверхность на кольцевые зоны I, II, III и т.д. так, чтобы расстояния от краев зоны до точки P отличались на l/2 - половину длины световой волны. Это разбиение было предложено O. Френелем и зоны называют зонами Френеля.

 

Возьмем произвольную точку 1 в первой зоне Френеля. В зоне II найдется, в силу правила построения зон, такая соответствующая ей точка, что разность хода лучей, идущих в точку P от точек 1 и 2 будет равна l/2. Вследствие этого колебания от точек 1 и 2 погасят друг друга в точке P.

 

Из геометрических соображениях следует, что при не очень больших номерах зон их площади примерно одинаковы. Значит каждой точке первой зоны найдется соответствующая ей точка во второй, колебания которых погасят друг друга. Амплитуда результирующего колебания, приходящего в точку P от зоны с номером m, уменьшается с ростом m, т.е.

А₁> A₂> A₃…A_m-1> A_m> A_m+1…

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: