Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Інтерференція світла в тонких плівках. Кільця Ньютона



 

Не слід вважати, що інтерференцію світла можна спостерігати лише в лабораторних умовах із застосуванням спеціального обладнання. Кожному з нас не раз доводилось спостерігати за свіченням мильних плівок, олійних плям на поверхні води, кольори гартованих предметів, кольори найтонших металевих покрить фарфорових виробів, різноколірність крил різних метеликів, бджіл тощо. В усіх цих випадках інтерференція світла спостерігається в досить тонких прозорих плівках, товщина яких близька до довжини хвилі і перебуває в межах довжини когерентності.

Розглянемо плоско паралельну прозору плівку товщиною , на яку падає під кутом плоска монохроматична хвиля.

Рис. 5

 

Плівка має товщину (рис. 5) і показник заломлення . Падаюча хвиля в точці А ділиться на дві частини, одна з яких 1', змінивши фазу на протилежну, відбивається під кутом до перпендикуляра в точці падіння. Друга частина 2' після заломлення у точці A і C відбивається в точці B. Далі промені 1' і 2' поширюються паралельно.

Накладання променів 1' і 2' здійснюється на сітківці ока спостерігача. Результати інтерференції залежать від оптичної різниці ходу цих променів.

Знайдемо оптичну різницю ходу променів 1' і 2', яка відповідно до рис. 5 буде дорівнювати

 

, (22)

 

де ; ; .

 

Підставивши значення цих величин в (22), одержимо

 

 

,

або

. (23)

 

Формула (23) дає залежність оптичної різниці ходу хвиль від кута заломлення і параметрів плівки.

Знайдемо залежність оптичної різниці ходу хвиль 1' і 2' від кута падіння , вважаючи що

 

і що .

Тому

 

,

 

або

 

. (24)

 

 

В залежності від того, яке число півхвиль вкладається в оптичній різниці ходу хвиль , плівка буде світлою (умова max) або темною (умова min).

 

Важливо знати:

1. При освітленні плівки білим світлом для деяких хвиль виконується умова max, а для деяких – умова min. Тому плівка буде забарвлена певним кольором.

2. Колір плівки залежить від кута падіння променя, а тому полоси інтерференції в цьому випадку називаються полосами однакового нахилу.

3. Можливість ослаблення білого світла внаслідок інтерференції широко використовується у сучасних оптичних приладах (фотоапаратах, біноклях тощо). Для цього на поверхню лінзи наносять тонкий шар прозорої плівки з показником заломлення, меншим, ніж у лінзи, і більшим, ніж у повітря. Товщину прозорої плівки беруть такою, щоб мінімуми інтерференції спостерігалися в середній частині видимого спектра ( ). Таку оптику називають просвітленою (рис.6).

Рис. 6

Промінь 1 при відбиванні від поверхні плівки змінив фазу на протилежну. Промінь 2 двічі пройшов товщину плівки і при відбиванні на нижній частині плівки теж змінив фазу на протилежну. Оптична різниця ходу в плівці буде дорівнювати

 

.

 

Якщо в вкладається непарне число півхвиль, то промені від плівки не відбиваються, тобто спостерігається умова min.

 

– умова min.

 

Окремим видом інтерференції світла є інтерференція в повітряному зазорі у вигляді клина між опуклою стороною плоско опуклої лінзи і поверхнею плоскої пластинки (рис. 7).

Рис. 7

 

Промені 1 і 2 одержані з одного променя, а тому є когерентні. Оптична різниця ходу променів у повітряному зазорі дорівнює

 

, (25)

 

де n – показник заломлення середовища між лінзою і плоско паралельною пластинкою;

– товщина зазору в указаному місці.

Промені 1 і 2 є відбитими, тому розглядається результат інтерференції у відбитому світлі. Аналогічно можна розглянути інтерференцію світла у прохідному світлі. В цьому випадку фаза поміняється на протилежну, а різниця ходу на .

Знайдемо радіуси світлих і темних кілець Ньютона у відбитому світлі.

Для світлих кілець , а для темних кілець , де

Радіус k-го кільця визначаємо з рисунка, де розглядаємо прямокутний трикутник.

 

, (26)

 

або

.

 

 

Нехтуючи нескінченно малою величиною , одержимо

 

. (27)

 

Для знаходження радіусів світлих кілець необхідно оптичну різницю ходу для променів у зазорі прирівняти до умови max, тобто

 

,

звідки

, ,

 

тому

. (28)

 

Вираз (28) дає радіуси світлих кілець Ньютона.

Для темних кілець

 

,

звідки

,

тому

, (29)

 

Вираз (29) визначає радіуси темних кілець Ньютона.

 

Важливо знати:

1. Правильна форма кілець Ньютона легко спотворюється при різних, навіть незначних, дефектах при шліфуванні різних поверхонь. Тому спостереження форми кілець Ньютона є найтоншим контролем якості шліфування поверхонь.

2. Явище інтерференції світла використовується у ряді дуже точних вимірювальних приладів, які називаються інтерферометрами. В цьому випадку точність вимірювань лінійних розмірів сягає 10-8 мм.

3. Кільця Ньютона утворюються в зазорі між опуклою лінзою і плоско паралельною пластинкою при однаковій (різна для різних кілець) товщині зазору. Тому полоси інтерференції, якими є кільця Ньютона, носять назву полоси однакової товщини.