6.1.3. Інші застосування явища інтерференції світла

Явище інтерференції світла широко використовують для створення різних вимірювальних та контролюючих при­строїв. Вимірювальні прилади, які використовують принцип інтерференції світла, називаються інтерферометрами. Вони застосовуються для вимірів з високим ступенем точності показників заломлення, довжин хвиль, для визна­чення якості поверхонь. На рис. 6.4 наведено принципову схему інтерферометра Майкельсона. Використання тонкого напівпрозорого шару срібла, нанесеного на скляну платівку, дає змогу поділити світлову хвилю 1 на дві частини -відбиту і ту, що пройшла крізь шар. Отримані таким чином когерентні хвилі за допомогою дзеркал спрямовують в прилад (мікроскоп, зорову трубу), в якому спостерігається інтерференція. Різниця ходу променів визначається поло­женням дзеркал та товщиною платівки. Якщо пересунути дзеркало на відстаньтозміниться нащо відповідає зміщенню інтерференційної картини на цілу смугу. Такий зв'язок між переміщенням дзеркала і зміною інтерференцій­ної картини дає можливість вимірюватиза відомим зміщенням дзеркала і, навпаки, - змінуза відомою довжиною хвилі. Звичайно, дзеркала розташовують таким чином, щоб промені 2 і 3 від розходження до зустрічі пройшли однакові оптичні шляхи. Якщо на шляху променів 2 і 3 розташувати однакові кюветивідповідно з досліджуваною речовиною (з показником заломленняі еталонною (з показником заломленнято оптична різниця ходу променів- товщина кювет. Далі, якщо внаслідок різниці ходу інтерференційна картина змістилася на к смуг, тобтото

Рис. 6.4. Хід променів в інтерферометрі Майкельсона.

Експериментатор здатний зафіксувати зміщення інтер­ференційної картини на 0.1 смуги, тобтоВ цьому випадку примаємо

Таким чином, можна зафіксувати відміну в показниках заломлення в шостому знаку після коми. Інтерферометр, призначений для виміру показника заломленнянази­вається інтерференційним рефрактометром. Сполучення інтерферометра та мікроскопа (інтерференційний мікро­скоп) використовують в біології для спостереження нефарбованих об'єктів, виміру їх товщини. Промінь світла, як і в інтерферометрі, поділяється на два промені (рис. 6.5). Промінь 2 проходить крізь мікрооб'єкт, а промінь 1 поза ним. Накладаючись в точці В, промені інтерферують. По зміні інтерференційної картини можна визначити товщину мікрооб'єкта при відомому п або визначити п по відомій товщині.

Рис. 6.5. Принципова схема інтерференційного мікроскопа.

6.2. Дифракція світла

Якщо на шляху світлової хвилі розташовані непрозорі тіла або екрани з отворами, то за ними утворюється область тіні, котру можна окреслити геометрично, вважаючи, що промені - прямі лінії (рис. 6.6а, б).

Рис. 6.6. Утворення області геометричної тіні а, б та дифракція на краю платівки в.

Більш детальні спостереження свідчать про існування на межі між областями світла і тіні багатьох максимумів і мінімумів. Це означає деякий перерозподіл світлової енергії на цій межі. Інакше кажучи, світлова хвиля потрапляє в область геометричної тіні.

Огинання світловою хвилею границь непрозорих тіл з утворенням інтерференційного перерозподілу енергії по різних напрямках називається дифракцією світла. На рис. 6.6в наведено криву розподілу інтенсивності світла внаслідок дифракції від краю пластинки. Можливість спостереження дифракції залежить від співвідношення між довжиною хвилі та розмірамиперешкоди або отвору.

Кут, на який відхиляються промені дифрагуючої хвилі від початкового напрямку, називається кутом дифракції (рис. 6.7). Існує певна закономірність:тобто кут дифракції тим більший, чим менші лінійні розміриперешкоди (отвору) при даній довжині хвилі.

Рис. 8.7. Відхилення променів Рис. 8.8. Пояснення явища

від прямолінійного напрямку дифракції згідно з принципом

при дифракції. Гюйгенса-Френеля.

Явище дифракції можна пояснити, користуючись принципом Гюйгенса-Френеля. Згідно з принципом Гюйгенса кожну точку фронту хвилі можна розглядати як джерело вторинних хвиль (сферичних в однорідному і ізотропному середовищі). Огинаюча цих вторинних хвиль становить фронт хвилі в наступний момент часу. Розгля­немо такий приклад: крізь отвір проходить плоска монохроматична хвиля, енергія якої рівномірно розподілена вздовж фронту (рис. 6.8). У перерізікожна точка фронту є джерелом елементарної сферичної хвилі. Побудувавши огинаючу цих хвиль в наступний момент часу, перекона­ємося, що фронт потрапляє в область геометричної тіні. Залишається відкритим питання про розподіл енергії вздовж фронту хвилі. Цю задачу можна розв'язати, якщо доповнити принцип Гюйгенса уявленням Френеля. Згідно з принципом Френеля всі точки, до яких доходить фронт хвилі, стають джерелами вторинних елементарних хвиль, які є когерент­ними і можуть, таким чином, інтерферувати.