Интерференция света. Когерентность. Интерферометры и их применение. Интерференционный микроскоп

Интерференция света - явление наложения когерентных волн, приводящее к образованию в пространстве чередований усиления и ослабления интенсивности волн. Необходимым условием интерференции является когерентность волн. Когерентными называются колебания или волны (а также и их источники) одинаковой частоты, имеющих постоянную разность фаз, которая обусловлена самими источниками колебаний.

Распространение световых волн в пространстве описывается уравнением световой волны (методичка, с. 159)

Е - напряженность электрического поля в данной точке пространства х и в данный момент времени t; Еm - амплитудное значение напряженности электрического поля Е; w - круговая частота изменения значения Е; v - скорость распространения световой волны.

При наложении когерентных волн происходит перераспределение светового потока в пространстве, в результате чего в одних точках возникает максимум, а в других минимум интенсивности.

Интерференцию света применяют в специальных приборах - интерферометрах - для измерения с высоко степенью точности длин волн, небольших расстояний, показателей преломления веществ и определения качества оптических поверхностей.

Интерферометр Майкельсона относится к группе двулучевых, т.к. световая волна в нем раздваивается и обе ее части, пройдя разный путь, интерферируют. (схема Ремизов, с.423)

Луч 1 монохроматического света от источника S падает под углом 45° на плоскопараллельную стеклянную пластинку А, задняя поверхность которой полупрозрачна, т.к. покрыта очень тонким слоем серебра. В точке О этот луч расщепляется на два луча 2 и 3, интенсивность которых приблизительно одинакова.

Луч 2 доходит до зеркала I, отражается, преломляется в пластине А и частично выходит из пластины - луч 2¢. Луч 3 из точки О идет к зеркалу II, отражается, возвращается к пластине А, где частично отражается, - луч 3¢. Лучи 2¢ и 3¢, попадающие в глаз наблюдателя, когерентны, их интерференция может быть зарегистрирована.

Интерферометр Майкельсона применяют для измерения показателя преломления, т.е. он является интерференционным рефрактометром. Его используют с санитарно-гигиеническими целями для определения содержания вредных газов.

Сочетание двулучевого интерферометра и микроскопа, получившее название интерференционного микроскопа, используют в биологии для измерения показателя преломления, концентрации сухого вещества и толщины прозрачных микрообъектов. Луч света, как в интерферометре, раздваивается, один луч проходит через прозрачный микрообъект, а другой - вне его. В другой точке лучи соединяются и интерферируют, по результату интерференции судят об измеряемом параметре.

31. Дифракция света. Дифракция на щели в параллельных лучах. Дифракционная решетка.

Дифракция – явление огибания волнами препятствий, отклонение света от прямолинейного распространения вблизи неоднородностей среды. Она сопровождается интерференцией и объясняется принципом Гюйгенса-Френеля:

каждая точка волновой поверхности является центром вторичных волн, а огибающая этих волн дает положение волнового фронта в следующий момент времени, излучаемые вторичные волны когерентны и могут интерферировать.

Условие наблюдения дифракции – соизмеримость размеров неоднородностей с длиной волны.

Дифракция на щели в параллельных лучах :

Если световую монохроматическую волну направить на щель Щ ширина а которой достаточно мала ,то на экране Э, расположенном по другую сторону щели, получится изображение этой щели, окруженное интерференционной картиной - чередованием светлых (максимумов ) и темных (минимумов) полос. Распределение интенсивного света на экране на рисунке 1 справа.

Согласно принципу Гюйгенса-Френеля, когда фронт падающей волны достигает щели (рис.2) , все его участки становятся источниками вторичных когерентных волн, распространяющихся за щелью во всех направлениях.

Для расчета положений max и min при интерференции лучей применяется метод зон Френеля.

Зона Френеля – участки поверхности щели, разность хода крайних лучей которых равна λ\2 . Для нахождения числа зон Френеля разность хода ВС разбивается на интервалы длиной λ\2. Если от границ полученных интервалов провести линии, параллельные перпендикуляру АС, то пространство щели разобьется на ряд участков – зоны Френеля.

Пусть параллельный пучок монохроматического света падает нормально на непрозрачный экран, в котором прорезана узкая щель ВС, имеющая постоянную ширину b и длину l>>b (см. рис.1а). Оптическая разность хода между крайними лучами ВМ и CN, идущими от щели под углом j к оптической оси линзы OF0 D=CD=bsinj.

Разобьем щель ВС на зоны Френеля, имеющие вид полос, параллельных ребру В щели. Ширина каждой зоны выбирается (согласно методу зон Френеля) так, чтобы разность хода от краев этих зон была равна l/2

Рис.1

При интерференции света от каждой пары соседних зон амплитуда результирующих колебаний равна нулю, так как эти зоны вызывают колебания с одинаковыми амплитудами, но противоположными фазами. Всего на ширине щели уместится D:

l/2= bsinj/(l/2) зон. Если число зон четное, т.е.

bsinj/(l / 2)=± 2mили bsinj=± ml , m=1,2,3

Поиск по сайту: