Застосування інтерференції світла

КИЇВСЬКЕ ВИЩЕ ПРОФЕСІЙНЕ УЧИЛИЩЕ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ ОДЯГУ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

Застосування інтерференції світла

 

 

 

 

 

 

 

Роботу підготував:

учень групи А -35

Босенко Богдан 

 

План

Вступ…………………………………………………………………………...…. 3

Методика “просвітлення оптики”…………………………………………...….. 3

Інтерферометр……………………………………………………………………. 5

Список літератури.………………………………………………………………. 6

 

 

Вступ

Інтерференція світла — перерозподіл інтенсивності світла в результаті накладення (суперпозиції) декількох світлових хвиль. Це явище супроводжується чергуванням в просторі максимумів і мінімумів інтенсивності. Її розподіл називається інтерференційною картиною.

Значенні інтерференційних вимірювань у фізиці і техніці  важко переоцінити. Відзначимо лише основні.

Метод кілець Ньютона, смуг однакової товщини використовують для контролю якості поверхонь оптичних деталей (лінз, призм), а також для  дослідження мікро геометрії поверхонь металевих і оптичних деталей. Для контролю однорідності оптичних матеріалів використовують інтерферометри.

Застосування інтерференції  світла обумовлює точні вимірювання  довжини хвиль, малі механічні переміщення, діаметри зірок, вимірювання показника  заломлення речовини; вивчення фізичних процесів: температурного поля об’єкту, неоднорідностей у повітряних потоках, напруження, що виникають в речовині при статичних і динамічних навантаженнях.

Інтерференція світла обумовила  виникнення голографії – нового методу запису та відновлення хвильового фронту без допомоги фокусуючої оптики. Голограма – інтерференційна структура. Голографія зараз знаходить широке застосування в фізичних дослідженнях і в техніці.

1. Методика “просвітлення оптики”

Інтерференція світла обумовила  створення методики “просвітлення оптики”. Світловий потік, який падає на лінзу або призму, частково проходить в середину, а частково відбивається назад. Сучасні точні оптичні прилади мають велику кількість лінз, тому навіть часткове відбиття світла на численних поверхнях значно зменшує інтенсивність світла, яке доходить до ока спостерігача або реєструю чого пристрою. Крім зменшення яскравості остаточного зображення, відбивання світла від вхідного об’єктива приладу спостереження в військовій справі є причиною ще однієї неприємності. Відбите від об’єктива світло (“блік”) повертається до супротивника, демаскуючи розташування приладу спостереження.

Для зменшення відбивання світла І.В.Гребєнщиков із співробітниками  розробив технологію покриття передніх поверхонь лінз спеціальними тонкими  плівками. Ідея методу полягає в  тому, що на передню поверхню лінзи  наноситься спеціальна прозора плівка, при цьому падаюче світло відбивається двічі: від границі “повітря – плівка” і від границі “плівка – лінза”. Показники заломлення і товщину плівки добирають так, щоб обидва відбитих промені були в протилежних фазах і гасили один одного. При цьому зовсім зникають “бліки”. Оскільки при інтерференції енергія світла не зникає, а тільки перерозподіляється у просторі, то гасіння відбитого променя відповідно збільшує інтенсивність заломленого променя, який проходить всередину оптичної системи.

Для того, щоб умови відбиття (втрата півхвилі) на обох границях розподілу  були однаковими, показник заломлення плівки n повинен бути проміжним  між nпов.= 1 і показником заломлення лінзи nл. Для взаємного гасіння відбитих променів їх оптична різниця ходу 2dn повинна дорівнювати половині довжини хвилі λ0/2. Отже, мінімальна товщина плівки визначається за умовою:

Δ = 2d(n2 – sin2ι)1/2 – λ0/2 + λ0/2 = λ0/2,

звідки d = λ0/4n = λ/4

де λ = λ0/n – довжина  світлової хвилі в середовищі плівки, λ0 – довжина світлової  хвилі у повітрі.

Розрахунки показують, що найбільше взаємно гасяться хвилі  тоді, коли виконується умова : n = (nл)1/2

З наведеної формули випливає, що не можна досягти одночасного гасіння усіх довжин хвиль видимого спектра. Оскільки найбільшій чутливості ока людини відповідають промені центральної частини видимої області спектра з довжиною хвилі λ = 0,550 мкм (зеленого кольору), то добирають товщину плівки рівною λзел./4. Тоді для кінців видимого спектра умова мінімуму не буде мати місця. Отже, коефіцієнт відбиття для коротких і довгих хвиль буде відрізнятися від нуля і буде дуже малим для довжини хвилі 0,550 мкм. Тому у відбитому світлі просвітлені лінзи і призми мають фіолетовий колір, бо вони помітно відбивають лише червоне і синьо-фіолетове світло.

Плівка, яка за формулами  d = λ0/4n = λ/4 і n = (nл)1/2 дає краще просвітлення оптики, наноситься на поверхню лінзи або утворюється хімічним шляхом за рахунок вступу в лужну реакцію частини компонентів скла на глибині чверті довжини хвилі.

2. Інтерферометр

Широке практичне застосування інтерференція також знаходить  в прецезіонних вимірюваннях головним чином лінійних розмірів, для яких використовують інтерферометри.

Для контролю чистоти обробки (якості шліфування) металевих поверхонь  високого класу точності В.П.Лінник розробив мікроінтерферометр, який складається з інтерферометра та мікроскопу (рис.1). В цьому пристрої світло від джерела S потрапляє на скляний кубик, який складається з двох половин, склеєних вздовж діагоналі. Одну з склеюваних поверхонь напівпосріблено, тому вона частину світла відбиває, а частина - проходить крізь неї. Промінь, який проходить кубик, доходить до дзеркала Z, повертається назад до кубика і після відбивання від напівпосрібленої діагональної площини кубика потрапляє в мікроскоп М. Другий промінь після відбивання від напівпрозорого шару потрапляє на досліджувану поверхню і після відбиття від неї проходить крізь кубик в мікроскоп М, де і відбувається його інтерференція з першим променем. Дзеркало Z нахиляють під кутом φ так, щоб різниця ходу променів l2 – l1 вздовж поля зору мікроскопа лінійно зростала. Тому, якщо досліджувана поверхня ідеально гладка, у полі зору мікроскопа інтерференційна картина має вигляд прямолінійних смуг однакової товщини (рис.1). У тих місцях поверхні, де є виступи або заглибини, інтерференційні смуги викривлятимуться. За допомогою цього приладу можна виявити штрихи на поверхні деталі, глибина яких дорівнює 2×10-7 .3×10-7 м.

 

Список літератури:

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика. – М.: Наука, 1989.

2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М.: Наука, 1989, т.3.

3. Горбань І.С. Оптика. – К.: Вища шк , 1979.

 

Рис. 1