Глава 22. Интерференция свети

283

Криолит

Л23=1,32

шиют

Сульфид

3 цинка (ZnS)

"Г 23

Стекло

Рис. 254

отражения, тем уже эта область. Напри-

мер, система из семи пленок для области

0,5 мкм дает коэффициент отражения р«

«96 % (при коэффициенте пропускания

«3,5 % и коэффициенте поглощения

<0,5%). Подобные отражатели

применяются в лазерной технике, а также

используются для создания интерференци-

онных светофильтров высокой (узкополос-

ных оптических фильтров).

Явление интерференции также приме-

няется в очень точных измерительных при-

борах, называемых интерферометрами.

Все интерферометры основаны на одном и

том же принципе и различаются лишь

конструкционно. На рис. 255 представлена

упрощенная схема интерферометра Май-

кельсона. Монохроматический свет от

источника S падает под углом 45° на

плоскопараллельную пластинку Pi. Сторо-

на пластинки, удаленная от S, посеребрен-

ная и полупрозрачная, разделяет луч на

две части: луч / (отражается от посе-

ребренного слоя) и луч 2 (проходит через

него). Луч / отражается от зеркала ЛЬ и,

возвращаясь обратно, вновь проходит че-

рез пластинку Pi (луч /'). Луч 2 идет

к зеркалу Мг, отражается от него, воз-

вращается обратно и отражается от

пластинки Pi (луч 2') Так как первый из

лучей проходит пластинку Pi дважды, то

для компенсации возникающей разности

хода на пути второго луча ставится

пластинка Рг (точно такая же, как и Pi,

только не покрытая слоем серебра).

Лучи /' и 2' когерентны; следователь-

но, будет наблюдаться интерференция, ре-

зультат которой зависит от оптической

разности хода луча /¦ от точки О до зерка-

ла Mi и луча 2 от точки О до зеркала ЛЬ-

При перемещении одного из зеркал на

расстояние Хо/4 разность хода обоих лучей

увеличится на Хо/2 и произойдет смена

освещенности зрительного поля. Следова-

тельно, по незначительному смещению ин-

терференционной картины можно судить

о малом перемещении одного из зеркал

и использовать интерферометр Майкель-

сона для точного (порядка 10~7 м) из-

мерения длин (измерения длины тел,

длины световой волны, изменения длины

тела при изменении температуры (интер-

ференционный дилатометр)).

Советский физик В. П. Линник A889—

1984) использовал принцип действия

интерферометра Майкельсона для созда-

ния микроинтерферометра (комбинация

интерферометра и микроскопа), служаще-

го для контроля чистоты обработки по-

верхности.

Интерферометры — очень чувстви-

тельные оптические приборы, позволяю-

щие определять незначительные измене-

ния показателя преломления прозрачных

тел (газов, жидких и твердых тел) в за-

висимости от давления, температуры, при-

месей и т. д. Такие интерферометры полу-

чили название интерференционных реф-

рактометров. На пути интерферирующих

лучей располагаются две одинаковые кю-

веты длиной /, одна из которых заполнена,

например, газом с известным (ло), а дру-

гая — с неизвестным (пх) показателями

284 ' 5. Оптика. Квантовая природа излучения

преломления. Возникшая между интерфе- с очень высокой точностью (до

рирующими лучами дополнительная опти- 1/1000 000).

ческая разность хода Д = (их —Ио)/- Изме- Применение интерферометров очень

нение разности хода приведет к сдвигу многообразно. Кроме перечисленного, они

интерференционных полос. Этот сдвиг применяются для изучения качества изго-

можно характеризовать величиной товления оптических деталей, измерения

т =ДА = (п —пI/Х углов, исследования быстропротекающих

" ' процессов, происходящих в воздухе, обте-

где то показывает, на какую часть шири- кающем летательные аппараты, и т. д.

ны интерференционной полосы сместилась Применяя интерферометр, Майкельсон

интерференционная картина. Измеряя ве- впервые провел сравнение международно-

личину та при известных /, «о и X, можно го эталона метра с длиной стандартной

вычислить пх или изменение пх — по. На- световой волны. С помощью интерферо-

пример, при смещении интерференционной метров исследовалось также распростра-

картины на '/s полосы при /= 10 см и Х= нение света в движущихся телах, что при-

= 0,5 мкм пх — по=1О~6, т.е. интерферен- вело к фундаментальным изменениям

ционные рефрактометры позволяют изме- представлений о пространстве и време-

рять изменение показателя преломления ни.

Контрольные вопросы

• Каковы основные положения и выводы корпускулярной и волновой теорий света? Почему

возникло представление о двойственной корпускулярно-волновой природе света?

• Какую величину называют временем когерентности? длиной когерентности? Какова связь между

ними?

• Для чего вводятся понятия временной и пространственной когерентностей?

• Что такое оптическая длина пути? оптическая разность хода?

• Два когерентных световых пучка с оптической разностью хода Д=—X интерферируют в не-

которой точке. Максимум или минимум наблюдается в этой точке? Почему?

• Почему интерференцию можно наблюдать от двух лазеров и нельзя от двух электроламп?

• Как изменится интерференционная картина в опыте Юнга (см. рис. 245), если эту систему

поместить в воду?

• Будут ли отличаться интерференционные картины от двух узких близколежащих параллельных

щелей при освещении их монохроматическим и белым светом? Почему?

• Что такое полосы равной толщины и равного наклона? Где они локализованы?

• Освещая тонкую пленку из прозрачного материала монохроматическим светом, падающим

нормально к поверхности пленки, на ней наблюдают параллельные чередующиеся равноуда-

ленные темные и светлые полосы. Одинакова ли толщина отдельных участков пленки?

• Почему центр колец Ньютона, наблюдаемых в проходящем свете, обычно светлый?

• Между двумя пластинками имеется воздушный клин, освещая который монохроматическим

светом наблюдают интерференционные полосы. Как изменится расстояние между полосами,

если пространство заполнить прозрачной жидкостью?

• Когда и почему слой (слои) с оптической толщиной в четверть длины волны служит (служат)

для полного гашения отраженных лучей и для получения высокоотражающих покрытий?

Задачи

22.1. Определить, какую длину пути si пройдет фронт волны монохроматического света в вакууме

за то же время, за которое он проходит путь S2= 1,5 мм в стекле с показателем преломления

/12=1,5. [2,25 мм]