2.1.4.Практическое использование интерференции света

Интерференция очень чувствительна к изменению длины пути световых лучей. Удлинение одного из интерферирующих лучей на полволны (десятые доли микрона!) заметно меняет интерференционную картину. Это позволяет использовать интерференционные эффекты в качестве очень чувствительного механизма для решения различных технических и научных задач.

А.Просветление оптики

Оптические схемы современных приборов включают до десятка и более оптических элементов – линз, призм, пластинок и т.п. На каждой из поверхностей этих элементов отражается (и теряется!) около 4% падающего на них света. Чтобы исключить эти потери («просветлить» оптическую систему), используется явление интерференции света в тонких пленках (см. п.4 предыдущего параграфа).

На поверхность оптического элемента наносится тонкая прозрачная пленка, толщина и оптическая плотность которой выбираются так, чтобы при отражении лучей, падающих на пленку, выполнялось условие минимума. Тогда лучи, отраженные от поверхностей пленки, погасят друг друга, и свет пройдет через оптический элемент без потерь.

Этот прием называется «просветлением оптики». Обычно параметры пленки подбираются так, чтобы гасить отраженные от пленки лучи в области длин волн 500 нм (зеленый свет), к которым человеческий глаз наиболее чувствителен. Все остальные цвета гасятся лишь частично, поэтому поверхность просветленной оптики кажется нам сиреневой.

Б.Интерферометры

На принципе интерференции света работают высокоточные оптические измерительные приборы – интерферометры.Существует много различных вариантов этих приборов. Мы приведем лишь два примера.

Интерферометр Жамена

Этот прибор предназначен главным образом для определения оптической плотности различных прозрачных сред. Принцип работы интерферометра Жамена представлен на рис.6. Два параллельных когерентных луча падают на собирающую линзу, в фокальной плоскости которой установлен экран. В результате интерференции лучей на экране получается интерференционная картина, симметричная относительно оси интерферометра (рис.6а). Если на пути одного из лучей поместить прозрачный образец (рис.6б), то оптическая длина пути этого светового луча изменится, что приведет к смещению интерференционной картины на экране интерферометра. Смещениеbзависит от длины образцаlи его оптической плотностиn.

В качестве «прозрачного образца» в интерферометре Жамена обычно используют герметичную стеклянную кювету, которую заполняют исследуемым газом. Изменяя параметры газа в кювете (давление, температуру), можно определить не только его оптическую плотность, но и ее зависимость от этих параметров. Интерферометр Жамена позволяет зафиксировать изменения оптической плотности газа с точностью до 10^-4%!

Интерферометр Майкельсона

Схема этого интер-ферометра пред-ставлена на рис.7. Оптический луч 1 на полупрозрачном зеркале ПЗ делится на два луча. Отраженный от зеркала луч 1 направляется на зеркалоЗ₁(луч 1) и, отразившись от него, проходит через зеркалоПЗи поступает на экранЭ. Сюда же приходит и вторая «половинка» луча 1 (луч 2), отразившаяся от зеркалаЗ₂, а затем и от зеркалаПЗ. В пространстве ниже зеркалаПЗлучи интерферируют и создают на экране интерференционную картину в виде системы равноотстоящих светлых и темных полосок. Увеличение оптической длины пути в одном из плеч интерферометра на одну длину волны приводит к смещению интерференционной картины на одну полоску. Если одно из зеркал (например зеркало З₂) укрепить на исследуемом образце, то можно оценить изменение его длины (в результате нагревания, механической нагрузки и других воздействий) с точностью дом !