Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»

(ГОУ ВПО СибГМУ Росздрава)

Кафедра___________________________

Утверждено

На заседании кафедры

Протокол №___от « «_______2009

Ст. преподаватель Колубаева Л.А.

ЛЕКЦИЯ №7

« Интерференция на тонких пленках: полосы равного наклона и полосы равной толщины»

Томск-2009

Введение:

Интерференция на тонких пленках используется для просветления оптики и определения показателей сред и анализа их однородности.

Содержание

1. Полосы равного наклона.

2.Полосы равной толщины. Кольца Ньютона.

3.Условия наблюдения интерференции на тонких пленках

4..Просветленная оптика.

5Стоячие волны.

6.Опыт Винера, обоснование введения понятия светового вектора.

7.Интерферометр Жамена и его использование для определения показателя преломления.

8.Дифракция света. Дифракция Френеля и дифракция Фраунгофера.

9. Принцип Гюйгенса-Френеля.

Литература

1.Ландсберг Оптика

2. Савельев И.В. Курс общей физики т.3 М.изд. Дрофа,2003г.

3. .Калитиевский Н.И. Волновая оптика, М. изд. Наука1986г

4.ТрофимоваТ.И. Курс фидики, М., Высшая школа, 1997г.

Наглядные пособия

1.Компьютерные демонстрации

2.Презентации.

Полосы равной толщины. Кольца Ньютона.

Другой вид интерференции света в тонких плёнках, толщина которых меняется её по поперечному сечению, получил название интерференционных полос равной толщины.

Рис.7.1

Для изучения этого явления рассмотрим плёнку переменной толщины в виде клина (рис. 7.1). Рассмотрим падающую на поверхность диэлектрического клина с показателем преломления , где- диэлектрическая проницаемость диэлектрика, плоскую световую монохроматическую волну I с длиной волны(рис. 7.1).

Отражённые от верхней и нижней граней клина плоские волны I' и I" (рис. 7.1) пересекутся вблизи поверхности клина из-за не параллельности его граней . Следовательно, при помещении экрана вблизи поверхности клина можно наблюдать интерференционную картину в виде полос, параллельных ребру клина, которую образуют волны, отразившиеся от его граней в тех точках их поверхности, где клин имеет одинаковую толщину. Это объясняет названия рассматриваемого явления.

Рис.7.2

Для наблюдения интерференционной картины в виде полос равной толщины используется линза (рис. 7.2), назначение которой состоит в увеличении изображения интерференционной картины, для её визуального наблюдения.

Для описания полос равной толщины можно воспользоваться следующим представлением: клин представить как совокупность полосок равной толщины, но при переходе от одной полоски к другой их толщина постепенно уменьшается (рис.7.3). Тогда разность хода между отраженными лучами от верхней и нижней граней клина будет определяться также, как для плоскопараллельных пластин:

, (7.1),где-угол преломления.

Рис.7.3

Необходимо помнить, что в выражении (7,1) /2 появляется, только тогда, когда есть точки, в которых луч отражается от более плотной среды.

При нормальном падении луча на поверхность клина интерференционная картина образуется на самой поверхности клина, а разность хода, между отраженными лучами от верхней и нижней граней клина, можно определить выражением

Рис.7.4

(7,2)

Очевидно, что интерференционные полосы будут локализованы на поверхности самого клина и параллельны его ребру (рис.7.4).

Полосы равной толщины можно наблюдать и в проходящем свете.

Интерференционная картина в виде полос равной толщины широко используется на практике для контроля степени неровности различных поверхностей, плёнок, а также всевозможных покрытий. Если поверхности плёнки неровные, то полосы равной толщины принимают неправильную причудливую форму, связанную с соответствующим контуром равной толщины плёнки.

При облучении поверхности клина белым светом интерференционная картина в виде полос равной толщины оказывается окрашенной в цвета оптического спектра.

Для получения количественных соотношений, характерных для рассматриваемого явления , рассмотрим расчёт интерференционной картины в виде колец Ньютона, которая имеет место при освещении плоской монохроматической световой волной с длиной волны диэлектрической (стеклянной) линзы (рис. 7.5) с показателем преломления диэлектрика, помещённой на отражающую поверхность (зеркало).

Рис.7.5

Найдём оптическую разность хода волн, отражённых от нижней поверхности линзы и от поверхности зеркала. Для облегчения расчётов заменим внутреннюю криволинейную поверхность линзы в точке отражения луча плоскостью, параллельной отражающей поверхности (рис. 7.5). В результате такого упрощения удаётся свести расчёт интерференционной картины в виде колец Ньютона к расчёту интерференционной картины в виде полос равной толщины. Полосы представляют собой концентрические эллипсы при наклонном падении света на линзу или окружности при нормальном падении. Как следует из приведенных выше рассуждений о возможности наблюдения полос равной толщины, соответствующая интерференционная картина наблюдается вблизи поверхности плёнки. В первом приближении можно полагать, что наблюдаемые интерференционные полосы располагаются непосредственно на поверхности плёнки в точке отражения волны. Тогда радиусы колец Ньютона (рис. 7.5) равны радиусам окружностей, каждая из которых соответствует точкам нижней поверхности линзы, находящихся на одинаковом расстоянииот отражающей поверхности. Если предположить, что- радиус кривизны линзы, а, то (рис. 7.5)

(7.3)

(7,4)

Радиусы колец Ньютона , соответствующих интерференционным максимумам с номерами, получающихся при нормальном падении световой волны к поверхности пластинки можно найти из условия формирования минимумов и максимумовприn=1

(7.5)

где  длина световой волны, освещающей линзу.

Чётным значениям соответствуют светлые кольца, а нечётным - тёмные (рис. 7.5). В частности в центре картиныбудет находиться тёмное кольцо, вырождающееся в тёмную точку и соответствующее направлению противофазного сложения интерферирующих волн, так как в центреh=0 и отражение происходит от стеклянной пластинки, т.е. более плотной среды. Если линзу при наблюдении колец Ньютона поднимать вертикально вверх, то из-за увеличения проходимого лучами пути интерференционные кольца, каждое из которых соответствует некоторой постоянной разности хода, будет стягиваться к центру. При этом центр картины по мере поднятия линзы будет становиться попеременно то светлым, то тёмным.

Кольца Ньютона можно наблюдать при неправильно подобранных контактных линзах.