2.Описание установки и метода измерений.

Физическая сущность явления интерференции света достаточно подробно и полно изложена в [1]. Выведены основные соотношения, дающие возможность рассчитать интерференционную картину, полученную от двух когерентных источников света (метод Френеля и метод Юнга).

В данной работе используется метод, основанный на интерференции при отражении света от тонких пленок. Рассмотрим теоретические основы этого метода.

При попадании света на границу раздела двух сред часть его преломляется и проходит во вторую среду, а часть его отражается и продолжает распространяться в первой среде. Это происходит на каждой границе раздела.

На рис. 4 представлена картина отражения и преломления света на границах прозрачной тонкой пленки. Лучи 1 и 2 падают на поверхность пленки под углом падения  . При этом они частично преломляются и частично отражаются от нее. Когда преломленный луч достигает нижней поверхности пленки, вновь часть луча отражается, а часть преломляется и покидает пленку. Отраженный от нижней поверхности пленки луч достигает верхней границы и вновь частично отражается и частично преломляется.

Рис. 4

Рассмотрим два луча 2 и 1, полученных в результате преломления и отражения лучей 1 и 2 , падающих на верхнюю границу пленки. Эти лучи сходятся в одной точке. Так как эти лучи когерентны (лучи 1 и 2 представляют два луча одной плоской волны), то в точке, в которую они попадают, результирующая интенсивность света будет зависеть от их разности хода.

Как известно [1], под разностью хода интерферирующих лучей подразумевается разность оптических путей этих лучей от источника до точки наблюдения. Оптический путь луча ln учитывает не только длину пройденного световой волной пути l , но и скорость волны в данной среде, т.е. показатель преломления n .

На рис. 4 обозначим фронт волны, образованной лучами 1 и 2 через . До этого фронта лучи проходят одинаковые пути в одной и той же среде, и на этом отрезке не возникает разности хода между рассматриваемыми лучами. Кроме того, лучи 2 и 1 после точки С также проходят одинаковые пути в одной среде до точки наблюдения. Следовательно, разность хода  лучей 2 и 1 образуется только на участке их распространения от поверхности  до точки С.

(12)

где l”- длина пути луча 1^” от точки А до точки С, l’ - длина пути луча 2 от фронта волны  до точки С, n’ - показатель преломления воздуха (n’= 1), n” - показатель преломления пленки, в дальнейшем обозначаемый n. В формуле (12) дополнительное слагаемое 2 возникает из-за того, что при отражении волны от границы с оптически более плотной средой происходит потеря половины волны. Согласно законам преломления sinsin=n. Тогда, если толщина пленки d

, (13)

оптический путь луча 1 внутри пленки равен 2dn/соs.

Теперь необходимо выразить величину DC через толщину пленки d и угол падения .

(14)

Сравнивая (12), (13) и (14) получаем:

(15)

Таким образом, разность хода рассматриваемых лучей зависит только от толщины пленки, ее показателя преломления и величины угла падения света на пленку. Из формулы (15) следует, что при параллельности лучей падающего света интерференционный максимум одного и того же порядка должен соответствовать одной и той же толщине пленки. Такой вид интерференционной картины называется “полосы равной толщины”. При непараллельных падающих лучах и постоянной толщине пленки интерференционная картина носит название “полосы равного наклона”, так как один и тот же порядок интерференции будет соответствовать одинаковым углам падения лучей на пленку.

Настоящая работа посвящена изучению явления интерференции в тонких пленках. В качестве источника света в работе использован гелий-неоновый лазер ЛГ-72 с длиной волны излучения 632 нм. В качестве “тонкой пленки” использована плоскопараллельная стеклянная пластинка. Схема установки представлена на рис. 5 .

Монохроматическое излучение лазера (1) проходит через рассеивающую линзу (2) и попадает на плоскопараллельную стеклянную пластинку (3). Отраженный от пластинки свет падает на измерительный экран (4), в который встроена рассеивающая линза (2). На экране (4) и наблюдается интерференционная картина, которая получается в результате интерференции световых волн, отраженных от передней и задней поверхностей пластинки.

Рассеивающая линза предназначена для расширения светового пучка и для создания большего угла падения лучей на пластинку. Поскольку вся оптическая система симметрична относительно первоначального направления лазерного луча, постольку и интерференционная картина должна быть симметричной относительно этого направления, т.е. должна представлять собой концентрические окружности с центром в месте расположения рассеивающей линзы (в центре измерительного экрана).

d 4

3 2 1

r_i



6 5

7

L

Рис. 5.