WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаФізика → Інтерференція світла - Реферат

Інтерференція світла - Реферат


Реферат з фізики
Інтерференція світла
?
ВСТУП.
Навколишній світ за своєю природою є матеріальним. Фізика - це наука, яка вивчає найзагальніші форми руху матерії ( механічні, теплові, електромагнітні та інші) та їх взаємні перетворення. Матерія може існувати в двох формах: у вигляді речовини та поля. До першої форми матерії належать, наприклад, електрони, протони, атоми, молекули та всі речовини, з яких вони побудовані. До другої - електромагнітні, гравітаційні поля. Різні види матерії можуть переходити одна в одну. Наприклад, електрон і позітрон при взаємодії перетворюються в електромагнітне випромінювання у вигляді фотонів. Можливий і зворотний процес.
Більшість фактичних відомостей про природу і навколишні явища людина отримала за допомогою зорового сприйняття, створеного світлом. Розділ фізики, в якому вивчають світлові явища, називається оптика. Історія розвитку оптики підтверджує одне з основних положень діалектики - закон єдності та боротьби протилежностей.
Світло за своєю природою - явище електромагнітне, але воно одночасно проявляє хвильові ( в явищах інтерференції, дифракції, поляризації, дисперсії) і квантові властивості (в явищах фотоефекту, люмінесценції і т.і.). Із зменшенням довжини хвилі (збільшенням частоти) дедалі чіткіше проявляються квантові властивості світла.
З точки зору сучасних теорій неправильно було б протиставляти хвильові та квантові властивості світла. Навпаки, їх можна порівнювати і поєднувати на основі теорії відносності та сучасних положень квантової фізики. З позицій сучасної фізики немає розбіжностей між квантовими і хвильовими уявленнями про світло - це різні властивості одного явища, і в цьому полягає діалектична єдність матерії.
Явища, в яких світло найбільше виявляє свої хвильові властивості, розглядає хвильова оптика.
У даному конспекті лекцій розглядається сучасна теорія хвильової оптики. Головна увага приділяється не математичним викладкам, а поясненню якісної, фізичної сторони питання.
Конспект розрахований на студентів вищих технічних навчальних закладів
ХВИЛЬОВА ОПТИКА.
ІНТЕРФЕРЕНЦІЯ СВІТЛА,
1.Когерентність. Методи утворення когерентних світлових хвиль.
В електромагнітній хвилі коливаються два вектори напруженостей: електричного Е і магнітного Н полів. Розглядаючи світло як електромагнітну хвилю, враховують, що фізіологічну, фотохімічну, фотоелектричну дію світла викликають коливання електричного вектора Е, який називають світловим вектором. Закон, за яким змінюється в часі і просторі світловий вектор, E = E0 cos( t - kx) , в оптиці записується так:
S = A cos ( t - kx) ( 1 ), де A- амплітуда світлового вектора.
Формула (1) називається рівнянням світлової хвилі.
Напруженості електричного поля підпорядковуються принципу суперпозиції (накладання) полів. Якщо в дану точку простору надходять дві хвилі однакової частоти:
S1 = A1 cos ( t - kx1) і S2 = A2 cos(?t - kx2), (2)
то амплітуда коливань вектора А результуючого поля дорівнює:
A = A1 + A2 , тому A2 = A12 + A22 + 2A1A2 cos(k(x1 - x2)). (3)
Якщо частоти коливань в обох хвилях однакові, а різниця фаз = k(x1 - x2) не залежить від часу, то такі хвилі і джерела називають когерентними. При накладанні когерентних хвиль отримаємо результуюче коливання з незмінною амплітудою, значення якої в залежності від різниці фаз знаходиться в межах:: А1 - А2 А А1 + А2 (4)
У випадку некогерентних хвиль різниця фаз неперервно змінюється, тому середнє значення cos = 0, через це А2 = А12 + А22.
Оскільки інтенсивність світла пропорційна А2, то інтенсивність, яка спостерігається при накладанні некогерентних хвиль, дорівнює сумі інтенсивностей, створених кожною хвилею окремо : І = І1 + І2. (5)
У випадку некогерентних хвиль cos має незалежне від часу ( але своє для кожної точки простору) значення, тому
І = І1 + І2 + 2 І1 І2 cos ?. (6)
У точках простору, для яких cos ? > 0, І буде перевищувати І1 + І2 ; у точках , для яких cos ? < 0, маємо I nn = 1. На поверхні плівки в точці А промінь розділиться на два промені, оскільки частково відіб'ється від верхньої поверхні плівки, а частково заломлюється. Напрями поширення відбитого і заломленого променів зображені на рис.5 променями АЕ і АС. Заломлений промінь АС, досягаючи нижньої поверхні плівки, також частково відбивається (промінь СВ), а частково заломлюється. Те саме знову відбувається на верхній поверхні плівки з променем СВ, причому заломлений промінь 2 виходить у повітря під кутом . Два промені, обумовлені відбиванням від верхньої (промінь 1) і нижньої (промінь 2) поверхонь плівки, когерентні між собою. Якщо на їх шляху поставити збиральну лінзу Л, то промені збираються в одній з точок фокальної площини (точка Р) лінзи і сформують інтерференційну картину. Результат інтерференції залежить від оптичної різниці ходу променів 1 і 2.
Розрахуємо оптичну різницю ходу променів 1 і 2:
= n(АС + СВ) - (АЕ + /2) = n2d/cos r - 2d tg r sin - /2.
При відбиванні променя (або хвилі) від оптично більш густого середовища (тобто з більшим показником заломлення), його шлях збільшується на 2, що еквівалентно зсуву за фазою на . При відбиванні променя від оптично менш густого середовища зсуву фаз чи збільшення шляху не відбувається.
Використовуючи закон заломлення : sin i / sin r = n,
можна вираз для ? перетворити так, щоб виключити тригонометричні функції кута r. А саме :
? = 2d (n2 - sin2i)1/2 - ?/2. (16)
При освітленні плівки монохроматичним світлом і спостереженні відбитого світла оком, акомодованим на нескінченість (або через лінзу), плівка буде світлою, якщо ? = 2m(?/2), і темною, якщо ? = (2m+1)?/2. Оскільки величина ? залежить згідно з формулою (16) від і, ?, n, d, то можливі різні випадки.
1. Смуги однакового нахилу ( інтерференція від плоско паралельної
плівки або пластини) виникають при освітленні плівки розбіжним пучком променів або сферичною хвилею при умові, що n, d, ? - сталі. Кожна смуга відповідає променям, які падають на плівку під певним кутом. Смуги однакового нахилу локалізовані у нескінченності, оскільки вони утворюються паралельними інтерференційними променями, які перетинаються лише на нескінченності. Це явище використовується на практиці для дуже точного контролю ступеня плоско паралельності тонких прозорих пластинок (наприклад, скляних). Зміну товщини пластинки на величину порядку 10-8 м вже можна виявити за зміною форми кілець однакового нахилу. Кожному куту ? відповідає своя смуга ( рис.6).
2.Смуги однакової товщини ( інтерференція від клина - плівки, товщина якої неоднакова в різних місцях).Найпростіша плівка такого типу має форму плоского клина з малим кутом ? між бічними гранями. В цьому випадку ?, n, ? - сталі, d - змінна. У відбитому світлі спостерігаються смуги, які утворюються при відбиванні променів від частин клина з однаковою товщиною. Смуги однакової товщини локалізовані по поверхні клина, тому, щоб їхспостерігати, треба акомодувати око на верхню поверхню клина (рис.7). Для клина паралельні промені, якими освітлюють клин, після відбиття від його верхньої та нижньої поверхонь, не будуть паралельними.
Рис.7
3. При освітленні плоско паралельної пластини білим світлом умова максимуму
2d (n2 - sin2i)1/2 - ?/2 = 2m(?/2) (17)
виконується лише для однієї визначеної довжини хвилі, тому вся поверхня пластини зафарбується тим самим кольором. По кольорах тонких пластинок і плівок за формулою (17) можна обчислити їх товщину. Так, кольори мінливості на поверхні деталей дозволяють визначити товщину шару оксидів.
4.Кільця Ньютона.
Інтерференційна картина від клина змінної товщини вперше була вивчена Ньютоном. Схема спостереження так званих кілець Ньютона зображена на рис.8. Плоскоопукла лінза з великим радіусом кривизни (10...100 м) притискається опуклою поверхнею до плоскої пластинки так, що між ними утворюється повітряний клин змінної товщини d, яка залежить
Loading...

 
 

Цікаве