Методи спостереження інтерференції світла
ФІЗИКА
Частина 4
ОПТИКА. СПЕЦІАЛЬНА ТЕОРІЯ ВІДНОСНОСТІ
Розділ 12 ХВИЛЬОВІ ВЛАСТИВОСТІ СВІТЛА
12.3. Методи спостереження інтерференції світла
Для утворення когерентних світлових пучків застосовують різні штучні прийоми. Фізична суть усіх приладів для спостереження інтерференції світла однакова: світло від одного джерела поширюється до екрана двома різними шляхами. Внаслідок цього утворюється певна різниця ходу хвиль (або оптична різниця ходу, якщо світлові пучки поширюються в різних середовищах), яка для деяких точок екрана
(у цих точках спостерігаються інтерференційні максимуми) або 
(у цих точках спостерігаються інтерференційні мінімуми). На екрані виникає інтерференційна картина: чергування темних і світлих кілець для монохроматичного світла.Одним із приладів для спостереження інтерференції світла є біпризма Френеля (рис. 12.7). Біпризма Френеля складається з двох однакових скляних призм із малими заломними кутами і загальною основою. Внаслідок заломлення в біпризмі світловий промінь роздвоюється. Світло поширюється так, ніби два когерентні джерела розміщені
Рис. 12.7
Інтерференцію світла можна спостерігати також за допомогою дзеркала Ллойда. Дзеркало Ллойда роздвоює світловий промінь унаслідок відбивання його від дзеркала. Якщо у випадку з біпризмою Френеля обидва когерентні джерела були уявними, то за допомогою дзеркала Ллойда дістаємо одне когерентне джерело уявне, а друге дійсне (рис. 12.8). Інтерференційна картина в обох випадках буде однаковою.
Рис. 12.8
Не слід думати, що інтерференцію світла можна спостерігати лише в лабораторних умовах, застосовуючи спеціальні оптичні пристрої. Кожному неодноразово доводилося бачити райдужні кольори мильних плівок, тонких плівок нафти на поверхні води, кольори мінливості на поверхні сталевих деталей. Усі ці явища зумовлені інтерференцією світла в тонких прозорих плівках, яка виникає внаслідок падання когерентних хвиль, що відбиваються від верхньої та нижньої граней плівки.
Розглянемо інтерференцію світла в тонких плівках на прикладі інтерференції в плоско-паралельній скляній пластинці завтовшки h. На пластинку під кутом і падає плоска монохроматична хвиля, фронт якої в деякий момент часу проходить по лінії АD (рис. 12.9). Поки крайній промінь 1 пройде в пластинці шлях
Зі швидкістю υ = 
(с – швидкість світла у вакуумі; n – показник заломлення скла), витративши на це час
Другий крайній промінь 2 пройде відстань DC зі швидкістю с, причому DC = сΔt. Знайдемо оптичну різницю ходу променів. Оскільки
То
Ураховуючи, що 
дістанемо
Рис. 12.9
Слід урахувати, що інтерференційна картина визначається оптичною різницею ходу лише тоді, коли початкові фази коливань, які поширюються від кожного джерела, однакові. Для хвиль, що відбиваються, така вимога не завжди виконується. Так, якщо відбувається відбивання світла від оптично більш густого середовища (середовище називають оптично більш густим, якщо його показник заломлення має більше значення), то фаза коливань змінюється на протилежну. В цьому випадку таким середовищем є скло (скляна пластинка), показник заломлення якого більший за показник заломлення повітря. Тому при відбиванні світла від скла на межі повітря – скло фаза коливань змінюється на я. Така зміна фази еквівалентна тому, що шлях хвилі змінився на півхвилі. Задану зміну оптичної довжини шляху при відбиванні хвиль називають “втратою півхвилі при відбиванні”.
З урахуванням цього
Якщо 
То промені 1 і 2 гасять один одного і в напрямі СЕ відбите світло не спостерігається, якщо ж Δ = 2kλ/2, то інтерферуючі промені дають у напрямі відбитого променя СЕ максимум інтенсивності. Число k називають порядком максимуму або мінімуму в інтерференційній картині.
Якщо на однорідну (n = const) плоскопаралельну (h = const) пластинку падає пучок світла під сталим кутом і, то вся пластинка освітлюється однаково, оскільки оптична різниця ходу хвиль Δ залишається сталою. Проте якщо товщина пластинки h змінюється, наприклад пластинка клиноподібна, або на плоскопаралельну пластинку падає розбіжний пучок світла, то спостерігається чергування максимумів і мінімумів освітленості. В першому випадку інтерференційна картина називається смугами однакової товщини, в другому – смугами однакового нахилу.
І. Ньютон 1675 р. спостерігав інтерференцію від повітряного прошарку, що містився між плоско-паралельною скляною пластинкою і випуклою поверхнею об’єктива астрономічного рефрактора у відбитому світлі. Темна пляма в місці дотику плоского скла і об’єктива виявилась оточеною світлими і темними кільцями в монохроматичному світлі або кольоровими кільцями в білому. З віддаленням від центральної темної плями, тобто зі збільшенням товщини повітряного прошарку, кольорові смуги вужчають, а потім зовсім зникають. Інтерференційну картину, що спостерігається при цьому, називають кільцями Ньютона. Отже, зрозуміло, що інтерференційна картина має вигляд системи концентричних кілець. Місця однакової товщини в повітряному прошарку, які відповідають місцям однакового запізнення світлових хвиль, мають форму концентричних кіл при нормальному падінні світла або еліпсів – при падінні світла під кутом.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...