Интерференция 1 Интерференцией называется сложение в пространстве

Интерференция 1

Интерференцией называется сложение в пространстве волн, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний. При интерференции происходит пространственное перераспределение энергии волны. В одних точках наблюдается концентрация энергии (интерференционные максимумы), в других - гашение волн (интерференционные минимумы). Причиной перераспределения энергии является разность фаз колебаний в складывающихся волнах. Необходимое условие - когерентность волн.

• Когерентными называются волны одинаковой частоты, разность фаз которых не изменяется со временем в каждой точке волнового поля. • Кроме того, колебания полей в этих волнах должны происходить в одной плоскости.

Пространственная модуляция светового излучения при наложении двух или нескольких когерентных волн

Волновые свойства света наиболее отчетливо обнаруживают себя в интерференции и дифракции. Пусть две волны одинаковой частоты, накладываясь друг на друга, возбуждают в некоторой точке пространства колебания одинакового направления: 5

- амплитуда результирующего колебания при сложении колебаний направленных вдоль одной прямой Ox – опорная прямая

Интенсивность световой волны J равна квадрату амплитуды А. Тогда суммарная интенсивность: [J]=lx (люкс) Последнее слагаемое в этом выражении -интерференционный член. 7

И так суть интерференции света : Интерференцией света называется… Условие мах Условие min Δ 12 = m λ Δ 12 = (m ± 1/2) λ m = 0, 1, 2, 3, …

Одной из важных характеристик наблюдаемой интерференционной картины является видность V, которая характеризует контраст интерференционных полос: где Imax и Imin – соответственно максимальное и минимальное значения интенсивности в интерференционной картине. При интерференции монохроматических волн видность V зависит только от соотношения интенсивностей интерферирующих пучков света : 9

Рассмотрим интерференцию двух когерентных волн: Первая волна вторая Рисунок 7. 3 Разность фаз двух когерентных волн Оптическая разность хода L – оптическая длина пути; s – геометрическая длина 10 пути; n – показатель преломления среды.

Условие максимума и минимума интерференции: • Если оптическая разность хода равна целому числу длин волн - условие интерференционного максимума. • Если оптическая разность хода равна полуцелому числу длин волн - условие интерференционного минимума. 11

Кольца Ньютона Кольцевые полосы равной толщины, наблюдаемые в воздушном зазоре между соприкасающимися выпуклой сферической поверхностью линзы малой кривизны и плоской поверхностью стекла, называют кольцами Ньютона. 12 Ньютон объяснил это явление на основе корпускулярной теории света.

Кольца Ньютона - Радиус m-го светлого кольца При наблюдении колец Ньютона в проходящем свете радиус rk светлого кольца определяется как радиус темного в отраженном свете по формуле 13 - Радиус m-го темного кольца

Опыт Юнга Рисунок 7. 4 Расстояние l от щелей, причем Показатель преломления среды – n. 14

Главный максимум, соответствующий проходит через точку О. Вверх и вниз от него располагаются максимумы (минимумы) первого 15 ( ), второго ( ) порядков, и т. д.

16

17

18

19

Максимумы интенсивности будут наблюдаться в координатах: (m = 0, 1, 2, …), а минимумы – в координатах: Расстояние между двумя соседними максимумами (или минимумами) равно - ширина интерференционной полосы. , зная l и d, можно вычислить длину волны λ. Именно Измерив 20 так вычисляют длины волн разных цветов в спектроскопии.

Применение интерференции • 1) Явление интерференции обусловлено волновой природой света; его количественные закономерности зависят от длины волны. Поэтому это явление применяется для подтверждения волновой природы света и для измерения длин волн (интерференционная спектроскопии). См. предыдущий слайд 21

• 2) Улучшение качества оптических приборов (просветление оптики) и получения высокоотражающих покрытий. Так как современные объективы содержат большое количество линз, то число отражений в них велико, а поэтому велики и потери светового потока. Таким образом, интенсивность прошедшего света ослабляется, и светосила оптического прибора уменьшается. Кроме того, отражения от поверхностей линз приводят к возникновению бликов, что часто (например, в военной технике) демаскирует положение прибора. 22

23

• 3) в очень точных измерительных приборах, называемых интерферометрами. Все интерферометры основаны на одном и том же принципе и различаются лишь по своей конструкции. • Принцип действия интерферометра заключается в следующем: пучок электромагнитного излучения (света, радиоволн и т. п. ) с помощью того или иного устройства пространственно разделяется на два или большее количество когерентных пучков. Каждый из пучков проходит различные оптические пути и возвращается на экран, создавая интерференционную картину, по которой можно установить смещение фаз пучков. 24

Интерферометр Бейтса применяется для контроля качества отражающих поверхностей зеркал телескопов. 25

Интерферометр Кюстерса предназначен для измерения толщины тонких прозрачных объектов или неровностей зеркал. 26

Интерферометр Майкельсона для различных применений в случае, когда пространственное совмещение объектов, порождающих интерферирующие волны, невозможно или в силу каких-то причин нежелательно. 27

4) Явление интерференции волн, рассеянных от некоторого объекта (или прошедших через него) с «опорной» волной, лежит в основе голографии (в т. ч. оптической, акустической или СВЧ-голографии) 28

Интерференционный способ получения объемного изображения предметов с помощью акустических волн 29

5)Телекоммуникационные сети и аппаратура • Устройства для задержки электрических сигналов, основанные на волноводном распространении звука 30

• Устройства, для задержки электрических сигналов, основанные на использовании поверхностных акустических волн 31

6) Кольца Ньютона используются для измерения радиусов кривизны поверхностей, для измерения длин волн света и показателей преломления. В некоторых случаях (например, при сканировании изображений на плёнках или оптической печати с негатива) кольца Ньютона представляют собой нежелательное явление. 32

Вопросы: 1)Что называют интерференцией? 2)Какие волны называются когерентными? 3)Напишите формулы условий максимумов и минимумов в интерференционной картине. 4)Что собой представляют кольца Ньютона? 5)Где применяется явление интерференции? 33

Задачи • 1)Установка для получения колец Ньютона освещается светом с длиной волны λ = 589 нм, падающим по нормали к поверхности пластинки. Радиус кривизны линзы R = 10 м. Пространство между линзой и стеклянной пластинкой заполнено жидкостью. Найдите показатель преломления n жидкости, если радиус третьего светлого кольца в проходящем свете r 3= 3. 65 мм. • 2) Во сколько раз увеличилось расстояние между соседними интерференционными полосами, полученными на экране от двух когерентных источников, если при наблюдении интерференционной картины сначала был использован зеленый светофильтр (l= 5 • 10– 5 см), а затем красный (l= 6, 5 • 10– 5 см)? 34

• 3) Плосковыпуклая линза выпуклой поверхностью положена на плоскую поверхность и освещена нормально падающим на плоскую поверхность монохроматическим светом длиной волны 640 нм. Диаметр 2 -го темного кольца Ньютона в отраженном свете равен 6, 4 мм. Определите радиус кривизны выпуклой поверхности линзы (рис. 2). 35

• 4) Два когерентных источника монохроматического света S 1 и S 2 расположены на расстоянии 0, 5 мм друг от друга (рис. 1). Плоскость экрана, на котором наблюдают интерференционные полосы, параллельна линии, соединяющей источники, и удалена от нее на расстояние 2 м. Расстояние между двумя соседними интерференционными полосами на экране равно 1, 9 мм. Определите длину волны источников света. • 5) Какой порядок имеет интерференционный максимум, если геометрическая разность хода лучей равна 1 мкм, длина волны падающего света равна 500 нм? 36

Спасибо за внимание 37