Изучение интерференции света в плоскопараллельной пластине. Определение показателя преломления пластины

1. Цель работы.

Изучение интерференции света в плоскопараллельной пластине, экспериментальное нахождение показателя преломления вещества пластинки.

2. Введение в волновую оптику.

Исходя из электромагнитной теории Максвелла, можно сказать, что свет представляет собой поперечные электромагнитные волны. Если частота электромагнитной волны v находится в пределах (4÷7) 10¹⁴ Гц, то такая волна, попадая в человеческий глаз, вызывает световое ощущение, и поэтому указанный диапазон частот называют видимым, а электромагнитные волны такой частоты – светом.

При наложении любых волн (звуковых, электромагнитных и т.д.) может происходить перераспределение энергии в пространстве. Такие эффекты перераспределения энергии рассматриваются в теории интерференции и дифракции.

Решение конкретных задач, исходя из уравнений Максвелла, довольно сложно. Часто эту задачу упрощают – рассматривают скалярную поперечную волну и характеризуют ее частотой v или длиной волны =υ /v, где  – длина волны в среде и υ – скорость распространения волны в этой среде. Так как физиологическое и т.п. действие электромагнитной волны (а, следовательно, и ее воздействие на различные приемники света) вызывается в основном электрическим полем, то в дальнейшем будет рассматриваться электрическая составляющая световой волны. Мгновенное значение напряженности Е электрического поля описывает следующая функция: Е=Е₀cos(t – kr), где Е₀ – амплитуда напряженности электрического поля, =2v – круговая частота, t – время, k – волновой вектор, направление которого перпендикулярно фронту волны, а модуль k=2 / ; r – радиус вектор рассматриваемой точки.

3. Методы наблюдения интерференции

И нтерференция света – пространственное перераспределение энергии светового излучения при наложении двух или нескольких когерентных световых волн; частный случай интерференции волн. Интерференция наблюдается на экране или иной поверхности в виде характерного чередования светлых и темных полос или пятен – для монохроматического света или окрашенных участков – для белого света.

И нтерференция возникает только в случае, если разность фаз постоянна во времени, т. е. волны когерентны. До создания лазеров когерентные световые пучки могли быть получены только путём разделения и последующего сведения лучей, исходящих из одного и того же источника света. При этом разность фаз этих колебаний постоянна и определяется только разностью путей, проходимых лучами, или разностью хода . Существует несколько способов создания когерентных пучков света. Например, в опыте Френеля (метод зеркал Френеля) два плоских зеркала, образующих двугранный угол, близкий к 180°, дают два мнимых изображения S₁ и S₂ источника S. На экране получается светлая полоса при разности хода лучей, равной чётному числу полуволн, и тёмная полоса — при , равной нечётному числу полуволн. Другой способ был предложен Юнгом (рис. 4.1). Свет из отверстия S падает на экран AB с двумя отверстиями (или щелями) S₁ и S₂. Интерференционная картина наблюдается на экране CD, интерференционная область окрашена.

Для наблюдения интерференции Френель использовал бипризму, которая состояла из двух одинаковых, сложенных основаниями призм с малыми преломляющими углами. Свет от источника преломлялся в обеих призмах, в результате чего за бипризмой распространялись световые лучи, как бы исходящие из мнимых источников, являющихся когерентными.