Тема: Интерференция и дифракция света. Проявление их в природе и применение в технике. Понятие о поляризации.

Явления интерференции и дифракции света положены в основу голографии – метода записи и воспроизведения объемного изображения предметов: в медицине, биологии, пищевой промышленности для определения концентрации вещества в растворе широко используется поляриметры, принцип действия которых основан на явлении поляризации света.

Цвет светового излучения характеризуется частотой электромагнитных колебаний излучения. При переходе света из одной среды в другую, оптическая плотность которых не одинакова, происходит изменение длины волны, частота же остается постоянной. Следовательно, цветность не меняется.

В природе никаких красок нет, есть только излучения, которые отличаются друг от друга частотами колебаний (или длинами волн). Цветность светового излучения является физиологическим свойством глаза. Глаз воспринимает электромагнитные частоты как красные, голубые или другие цветные лучи.

1. Интерференция света.(т. Юнг 1801г; о ж. Френель 1815.)

Сложение двух (или нескольких) волн с одинаковым периодам, в результате которого в одних точках пространства происходит увеличение, а в других уменьшение амплитуды результирующей волны, называется интерференцией.

Для образования устойчивой интерференционной картины необходимо, чтобы источники волн были когерентными.

Волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз, называются когерентными.

Получение когерентных волн: лазеры и от обычных источников путем искусственного разделения светового луча, испускаемого одним источником света, на две составляющие, которые проходят различные расстояния, а потом опять сводятся в одну точку.

а) Условие максимума.

Если в разность хода двух волн входит целое число длин волн или четное число полуволн, то волны сходятся, совпадая по фазе, и усиливают друг друга – картина max.

, где k=0; ±1; ±2; ±3…

б) Условие минимума.

Если в разность хода двух волн входит не целое число длин волн или нечетное число волн или нечетное число полуволн, то волны сходятся совпадая в противофазе и гасят друг друга – картина min.

, где k=0; ±1; ±2; ±3…

Δd – разность хода двух волн, возбуждающих колебания в данной точке;

λ – длина волны.

Рассмотреть ход лучей в опыте Юнга и в опыте с бипризмой Френеля.

Продемонстрировать интерференцию света с помощью бипризмы Френеля.

2. Интерференция света в тонких пленках. Кольца Ньютона.

Из естественных проявлений интерференции наиболее известно радужное окрашивание тонких пленок. Масляные и бензиновые пленки на воде, мыльные пузыри, крылья стрекозы.

Интерференция в тонких пленках обусловлена сложением световых волн, которых возникают при отражении от передней и задней поверхностей пленки. При этом у волн разной частоты (разного цвета) максимумы наблюдаются в разных местах пленки (из-за разной толщины), что и придает пленке радужную окраску.

Кольца Ньютона – интерференционная картина впервые Ньютоном 1675г.

Интерференционная картина, возникающая в прослойке воздуха между плоской стеклянной пластиной и наложенной на нее плоско-выпуклой линзой большого радиуса кривизны, имеет вид концентрических светлых и темных колец. Эта картина получила название колец Ньютона. Радиусы r_m колец Ньютона зависят от длины волны λ падающего света. В центре картины всегда наблюдается темное пятно.

Объяснение этому явлению было дано Юнгом на основе волновых представлений. Кольца Ньютона есть результат интерференции волн, отраженных от выпуклой поверхности линзы и плоской поверхности стеклянной пластинки. Между этими волнами возникает разность хода, равная удвоенной толщине воздушного зазора в данном месте (при нормальном падении света на систему). Если эта разность хода равна целому числу длин волн, обе волны усиливают друг друга и возникает интерференционный максимум. Если разность хода равна полуцелому числу длин волн, то возникает интерференционный минимум - волны гасят друг друга. Явление осложняется тем, что при отражении от стеклянной пластины (то есть от границы воздух-стекло) происходит изменение фазы колебаний световой волны по π, что соответствует увеличению разности хода на λ/2. Вследствие этого в центре картины, в области, где толщина зазора между линзой и плоской пластиной значительно меньше длины волны λ, наблюдается интерференционный минимум - темное пятно.