127.Інтерференція світла у тонких плівках. Просвітлення оптики

Прикладом інтерференції світла, що спостерігається в природних умовах, може бути райдужне забарвлення мильних плівок, тонких плівок нафти або мінерального масла, які плавають на поверхні води, кольори мінливості на поверхні загартованих стальних деталей, покритих найтоншим шаром окислів. Усі ці явища зумовлені інтерференцією світла в тонких прозорих плівках, яка виникає внаслідок накладання когерентних хвиль, що відбиваються від верхньої та нижньої поверхонь плівки.

Нехай на плоскопаралельну прозору плівку з показником заломлення n і товщиною d під кутом і падає плоска монохроматична хвиля (рис. 131).

Падаюча хвиля частково відбивається від верхньої поверхні плівки, а частково заломлюється. Напрямок поширення відбитої хвилі зображено променем 1, а заломленої – променем ОС. Заломлена хвиля, досягнувши нижньої поверхні плівки, частково відбивається (промінь СВ), а частково заломлюється. Хвиля, що поширюється вздовж променя СВ, на верхній поверхні плівки частково відбивається, а частково заломлюється, причому заломлена хвиля (промінь 2) накладається на хвилю, що безпосередньо відбита від верхньої поверхні.

Інтерференція спостерігається не лише у відбитому світлі, а й у світлі, що проходить через плівку. Отже, максимумам інтерференції у відбитому світлі відповідають мінімуми інтерференції в прохідному світлі і навпаки.

Просвітлення оптики — збільшення прозорості деталей оптичних систем (лінз, оптичних призм) нанесенням на їхні поверхні тонкого шару певної речовини (або кількох шарів) з показником заломлення, меншим, ніж у матеріалу оптичної деталі. Просвітлення оптики — результат інтерференції світла, яке відбивається від передньої та задньої границь цього шару (просвітлюючої плівки). При належному доборі речовини і товщини плівки для певного кута падіння і певної довжини хвилі світла відбиті світлові хвилі можуть повністю погасити одна одну. Оскільки найбільша чутливість людського ока відповідає центральній частині видимої ділянки спектра з λ = 555 нм, товщину плівки здебільшого беруть рівною 1/4 вказаної довжини хвилі. При цьому відбиття буде малим для зеленого і найбільшим для синьо-фіолетового та червоного світла (у відбитому світлі поверхня оптичної деталі матиме пурпуровий відтінок).

125. Інтерференція світла та її умови.

Інтерференція – накладання корегентних хвильу просторі, внаслідок чого спостерігається стійка в часі картина підсилення або послаблення результуючих світлових коливань у різних точках простору. Зони підсилення називають зонами максимумів, зони послаблення - мінімумів. Щоб положення цих зон було незмінним і картина інтерференції залишалась стійкою в часі, хвилі мають зберігати свої властивості, не змінюючи їх з часом. Якщо ця умова виконана (різниця фаз у хвилях з часом їх частота є однаковою), то хвилі називають когерентними.

Оскільки світло - це електромагнітна хвиля, тому, якщо в просторі одночасно поширюються дві чи більше хвиль, то в кожній точці (зокрема і в точці А) хвилі будуть накладатись одна на одну, утворюючи інтерференційну картину. Вона складається із повторюваних мінімумів (min) і максимумів (max) освітленості.

Нехай від джерел  S₁  i  S₂  поширюються дві хвилі, які збігаються в точці А (рис. 6.36). d₁ і d₂ - довжина ходу першої і другої хвиль; Δd = d₁ – d₂ - різниця ходу.

Якщо в різницю ходу Δd вкладається парна кількість півхвиль, то обидві хвилі надійдуть в точку А в однакових фазах і підсилять одна одну - в точці А буде максимальним. Якщо в різницю ходу Δd вкладається непарне число півхвиль, то хвилі прийдуть в точку А в протифазах і погасять одна одну - в точці А буде мінімум інтенсивності світла.

Математично умови максимум i мінімум можна виразити так:

 - умова максимуму;

 - умова мінімуму.

де k = 1, 2, 3,…, n (ціле число); l - довжина хвилі.

випадок явища інтерференції світла спостерігав Ньютон, коли на плоскопаралельну пластину накладали лінзу, що мала великий радіус кривизни (R   13 м). У результаті між пластинкою і лінзою утворився повітряний клин, на якому і спостерігається інтерференційна картина, яка має форму кільця - кільця Ньютона (рис. 6.38). Якщо відомий радіус кілець r, радіус кривизни лінзи R і швидкість світла, то можна визначити довжину хвилі. Виявилось, що l_ч   8·10^-7 м; l_ф   4·10^-7 м, інші кольори мають значення у цих границях.

Застосування інтерференції дуже важливі й широкі. Інтерференцію світла застосовують для визначення довжини хвилі світла, показників заломлення прозорих речовин, вимірювання товщини пластинок, перевірки якості шліфування поверхні, вимірювання малих кутів тощо.

Крім часової інтерференції, можливість спостереження інтерференції потребує дотримання умови просторової когерентності джерела світла. Створення потужних світлових потоків потребує збільшення розмірів випромінюючої поверхні, що в свою чергу призводить до стушовування картини інтерференції. Умови виникнення інтерференції світла від різних ділянок випромінювача є різні, максимуми інтерференції від одних ділянок можуть накладатись на мінімуми від інших – картина стає не видимою. Розміри джерела світла, таким чином, повинні бути оптимальними. Критерієм оптимальності і виконання умови просторової когерентності джерела світла є його радіус когерентності. Від джерела світла, допустимі розміри ρ якого визначаються, світло потрапляє в поділювач S1S2 під кутом 2α (апертура інтерференції) після чого, уже від двох штучних джерел S1 і S2, розповсюджується до екрану спостереження Е.