Număr Lab 5.0
Studiul experimental al interferenței luminii
ÎN SUBTIRI - NEWTON INELE.
1) pentru a studia fenomenul de interferență a luminii în filme subțiri;
2) analizează schimbarea naturii unui model de interferență în funcție de lungime de undă;
3) determinarea razei de curbură a lentilei.
Mașini și echipamente: Ansamblul experimental, care include microscop, placă paralelă, lentilă plano convex, o sursă de lumină (un set de LED-uri la diferite lungimi de undă).
Interferența voln- plus într-un spațiu de două (sau mai multe) valuri, care, în punctele sale diferite obținute prin amplificarea sau atenuarea undei rezultante în dependență de diferența de fază valuri pliabile.
Modelul caracteristic de interferență a undelor de orice natură: un val pe suprafața lichidă a elastic (de exemplu, audio), (de exemplu, unde radio sau lumină) electromagnetice. Stabil în timp și suficient de contrastant model de interferență este observată în anumite condiții: faza de undă schimbare sursă de oscilații trebuie să rămână neschimbată în timp, oscilație în direcția undelor de interferență trebuie să fie identică, iar frecvența de oscilație sunt egale. Aceste condiții se numesc termenii coerența valurilor.
Coerența - un flux constant pe parcursul mai multor vibrații sau procese val. care este exprimată într-o conexiune constantă sau regulată între direcțiile de oscilație, faze ale acestora, frecvențe și amplitudini. Fluctuații numit coerent dacă diferența lor de fază este constantă.
Numai val coerent interfera unele cu altele pot. Surse de radiații emise de valurile de acest tip sunt numite coerente.
Interferența luminii - un fenomen se produce atunci când suprapunerea a două sau mai coerente undele luminoase - un caz special al fenomenului general al undelor de interferență.
val monocromatic - este o undă sinusoidală cu o frecvență constantă de timp, amplitudinea și faza inițială. Oscilații excitat în orice punct al unui val care va dura la nesfârșit. De aceea, undele monocromatice sunt coerente.
Luați în considerare două valuri de lumină monocromatică, care au aceeași frecvență.
Intensitatea câmpului electric al acestor unde este descrisă de ecuațiile
în cazul în care A1 și A2 - amplitudinea de oscilație a câmpului electric, # 969; - frecvența vibrațiilor, - vectorul de undă care indică direcția de propagare a undei, vectorul rază tras într-un anumit punct, # 945; 1 și # 945; 2 - oscilații de fază inițială.
La un moment dat P câmpul electric rezultat va fi determinată de suma vectorială a câmpurilor
Când coincidența direcțiile de vibrație ale vectorului în valuri predominante și la diferență de fază constantă a intensității undei de interferență la punctul P este definit de ecuația
Maximele de intensitate determinate prin expresia
și valoarea corespunzătoare. egal cu 0, 2. 4. Adică ...
Intensitățile minimelor sunt determinate prin expresia
și valoarea corespunzătoare. egală. 3. 5. Adică ...
În cazul particular al ecuației (4) are forma
În funcție de valorile intensității variază de la o valoare minimă la o valoare maximă.
Astfel, cu suprapunerea undelor raportului dintre amplitudinile lor afectează în mod semnificativ calitatea modelului de interferență. Rezultatul interferenței determinat diferența de fază a undelor de interferență în punctul de observație, adică, Aceasta depinde de diferența de fază inițială și diferența dintre distanțele. diferența de cale geometrică. Pentru valuri coerente diferență de fază inițială este constantă, și, prin urmare, intensitatea luminii la diferite puncte în spațiu depinde numai de diferența de distanțe și.
Diferența de fază este definită de ecuația în acest caz
deoarece . în care: - lungimea de undă a luminii în vid, n - absolut indicele de refracție al mediului.
Produsul a indicelui de refracție în lungimea traseului este numită lungimea căii optice. o cantitate egală cu diferența dintre lungimea drumului optic traversată de valuri, numită diferență cale optică.
O diferență de cale optică prin. obținem
Ecuația (11) exprimă relația dintre diferența cale și diferența de fază.
Dacă diferența cale optică egală cu un număr întreg de lungimi de undă (un număr par de lungimi de undă și jumătate, în vid), și anume în cazul. diferența de fază este un multiplu de oscilații și excitate la punctul P ambele valuri vor fi în fază. Astfel, având în vedere. vârf interferență este observată la
unde m = 0, 1, 2, ... - ordinea de interferență.
Dacă diferența cale optică egală cu un număr întreg de jumătate de lungimi de undă, oscilație la punctul P sunt în antifază. Prin urmare, minimă interferență este observată la
Regiunea spațiului în care lungimea de undă a surselor coerente se suprapun, se numește câmpul interferență. În acest domeniu, există o alternanță de maxime și minime. Limita ordinea stării interferență este determinată
în cazul în care - lățimea spectrului radiațiilor.
Din expresia (14) implică faptul că contrastul modelul de interferență este redus mai rapid decât spectrul larg de emisie. Când, de exemplu, alb franje de interferență lumină de lumină pentru raze lungimi de undă apropiate care se suprapun parțial, rezultând într-o imagine de ansamblu a „spread“. In centrul ecranului (m = 0) maxime pentru toate lungimile de undă coincid și a obține banda albă, ușor roșiatică la margini. Spectrul de primul ordin () va avea o culoare irizată, și spectrele de interferență a comenzilor mai mari se pot suprapune, deoarece maximele la lungimi de undă mai scurte vor cădea în același loc ca și maximele la lungimi de undă mai lungi în spectrul altor comenzi.
Practic, singura oportunitate de a observa interferența luminii în viața de zi cu zi este de a observa pete de culoare in filme subtiri de ulei, benzina, etc. vărsat pe suprafața apei. pete din cauza diferențelor lipsa formei și variabilitatea grosimii peliculei si pestrite - în prezența luminii albe de diferite lungimi de undă.
Interferența în filme subtiri sunt utilizate pe scară largă în tehnologia modernă pentru suprafețele optice de iluminare, eliminarea „flare“ a suprafeței lentilei, producând filtre de interferență.
Benzile care rezultă din interferența luminii în filme subțiri a căror grosime variază în locuri diferite, sunt numite benzi de grosimi egale. Un exemplu clasic al benzilor sunt de inele egale Newton grosime. Ele pot fi văzute dintr-un strat subțire al penei format de placa paralel și în contact cu o lentilă convexă, cu o rază de curbură mare a suprafeței (fig. 1).
Razele interferenței inelelor depinde de raza de curbură a lățimii lentilei și intensitatea inelelor scade cu distanța de la punctul central. Benzile de grosime egală sunt localizate în apropierea întrefierului și observare este realizată cu un microscop focalizat pe suprafața plăcii.
Să presupunem că obiectivul este iluminat de o sursă de lumină monocromatică (fascicul 2. Figura 1, Figura 2 este un fragment din figura 1.). undele luminoase de la punctul A este împărțit în două fascicule parțial reflectate de suprafața inferioară a lentilei (fascicul 2) și parțial pe placa plan paralel (beam 3). Valurile reflectate la punctele A și B interfera unele cu altele.
Datorită micimea curbură a suprafeței lentilei la incidență normală a luminii pe punctele de lentile A și C sunt la o scurtă distanță unul față de celălalt. Apoi, diferența cale optică a grinzilor de interferență 2 și 3 va fi egală cu dublul grosimii optice între placa lentilei și pliată cu o diferență cale suplimentară. care apare atunci când fasciculul reflectat dintr-un mediu optic mai dens la punctul B:
minimă intensitate pentru hm întrefierul (NSR = 1), se determină din condiția
În conformitate cu Fig. 1
unde R - raza de curbură a lentilei este constantă pentru o lentilă.
deoarece < Apoi, luând în considerare (17) raza de inele întunecate Intensitatea maxima sunt observate în condițiile și raza luării luminii inel (20) și (22) De m mai mare. Cu cât diferența dintre razele de inele adiacente, inelele deja. Valoarea m = 0 corespunde. și anume Atingeți punctul în locul plăcii și a cristalinului. În acest moment, există o intensitate minimă. imposibil de realizat contactul dintre lentile sferice și placa la un anumit punct strict o consecință deformarea elastică a sticlei, astfel încât la fața locului centrală are o dimensiune finită. Rezultă din (16) și (17), atunci când se deplasează de la un loc la altul diferență cale întunecată # 916; h este schimbat la. În tranziția de la inelul la al n-lea m -lea grosime optică a întrefierului este crescută prin: Utilizarea (20) și (24) obținem unde raza de curbură a cristalinului Prin setarea, folosind formula (26) cu o valoare cunoscută de R poate fi determinată lungime de undă a radiației incidente. Pentru valori date ale R și # 955; 0 bazat pe expresii (21) și (23) se poate determina razele inele, respectiv, întuneric și lumină. În cele din urmă, cunoscând lungimea de undă # 955; 0. hm poate calcula diferența.articole similare