Din teoria câmpului electromagnetic dezvoltat de J. Maxwell a urmat: undele electromagnetice se propagă la o viteză a luminii - 300 000 km / s, unde aceste unde sunt transversale, precum și undele luminoase. Maxwell a sugerat că lumina este un val electromagnetic. Ulterior, această predicție a fost confirmată experimental.
La fel ca undele electromagnetice, propagarea luminii se supune acelorași legi:
Legea propagării luminii rectilinii. Într-un mediu omogen transparent, lumina se propagă de-a lungul liniilor drepte. Această lege face posibilă explicarea modului în care apar eclipsele solare și lunare.
Când lumina cade pe interfața dintre două medii, o parte din lumină se reflectă în primul mediu și partea trece în cel de-al doilea mediu, dacă este transparent, schimbând direcția propagării sale, adică este refractată.
Să presupunem că două valuri de lumină monocromatice, suprapuse unul pe celălalt, excită la un anumit punct în oscilații de spațiu în aceeași direcție: x1 = A1 cos (# 61559; t + # 61546; 1) și x2 = A2 cos (# 61559; t + # 61546; 2) .Pentru x, înțelegeți rezistența câmpurilor electrice Ei sau a undelor magnetice; vectorii E și H oscilează în planuri reciproc perpendiculare (vezi § 162). Atuurile câmpurilor electrice și magnetice respectă principiul suprapunerii (vezi § 80 și 110). Amplitudinea oscilației rezultate la un anumit punct este A 2 = A 2 1 + A 2 2 + 2A 1 A 2 cos (# 61546; 2 - # 61546; 1) (vezi 144.2). Deoarece valurile sunt coerente, cos (# 61546; 2 - # 61546; 1) are o constantă în timp (dar proprie pentru fiecare punct al spațiului), astfel încât intensitatea valului rezultat (1
În punctele de spațiu, unde cos (# 61546; 2 - # 61546; 1)> 0, intensitatea I> I1 + I2. unde cos (# 61546; 2 - # 61546; 1) <О, интенсивность I Pentru valurile incoerente, diferența (# 61546; 2 - # 61546; 1) este schimbat în mod continuu, astfel încât valoarea medie a timpului de cos (# 61546; 2 - # 61546; 1) egal cu zero și intensitatea undei care rezultă este același peste tot și atunci când I1 = I2 este egal cu 2I1 (pentru valuri coerente la o anumită stare la maxime I = 4I1 în minima I = 0). Cum puteți crea condițiile necesare pentru apariția interferențelor undelor luminoase? Pentru a obține undele de lumină coerente, se folosește o metodă pentru a separa o undă emisă dintr-o sursă în două părți, care, după trecerea prin diferite căi optice, sunt suprapuse unul pe altul și se observă un model de interferență. Să divizat în două valuri coerente apar la un anumit punct O la punctul M în care se observă modelul de interferență, un val într-un mediu cu un n2 indice de refracție a plecat s1, al doilea - într-un mediu cu un n2 indice de refracție - calea s2 .Dacă la O faza oscilațiilor este # 61559; t, apoi la M primul val excită oscilație A1 cos # 61559; (t - s1 / v1), un al doilea val - oscilație A2 cos # 61559; (t - s2 / v2), unde v1 = c / n1. v2 = c / n2 - respectiv viteza de fază a primului și a celui de-al doilea val. Diferența de fază dintre oscilațiile excitate de valuri în punctul M este (ia în considerare acest lucru # 61559; / c = 2 # 61552; v / c = 2 # 61552; # 61548; 0 unde # 61548; 0 este lungimea de undă în vid). Produsul lungimii geometrice a undei luminoase într-un mediu dat de indicele de refracție n al acestui mediu se numește lungimea căii optice L, a # 61508; = L2 - L1 - diferența dintre lungimile optice ale căilor traversate de valuri - se numește diferența de cale optică. Dacă diferența de cale optică este egală cu un număr întreg de lungimi de undă într-un vid # 61540; = ± 2 # 61552; m și vibrațiile excitate la punctul M prin ambele valuri vor apărea în aceeași fază. În consecință, (172.2) este condiția maximului de interferență. Dacă diferența de cale optică # 61540; = ± (2m + 1) # 61552; iar oscilațiile excitate la punctul M prin ambele valuri vor apărea în antifază. În consecință, (172.3) este condiția minimului de interferență. APLICAREA INTERFERENȚEI LUMINII Fenomenul de interferență se datorează naturii undelor luminoase; normativitățile sale cantitative depind de lungimea de undă. Prin urmare, acest fenomen este folosit pentru a confirma natura undelor luminoase și a măsura lungimile de undă (spectroscopia de interferență). Fenomenul de interferență este, de asemenea, utilizat pentru a îmbunătăți calitatea instrumentelor optice (claritate optică) și producerea de acoperiri cu grad ridicat de reflexie. Trecerea luminii pe fiecare suprafață de refracție a lentilei, de exemplu prin interfața sticlă-aer, este însoțită de reflecție 4% din fluxul incident (cu indicele de refracție al sticlei # 61627; 1,5). Deoarece lentilele moderne conțin un număr mare de lentile, numărul de reflecții în ele este mare și, prin urmare, pierderea fluxului de lumină este, de asemenea, mare. Astfel, intensitatea luminii transmise este slăbită și intensitatea optică a dispozitivului optic scade. În plus, reflexiile de pe suprafețele lentilelor conduc la apariția strălucirii, care deseori (de exemplu, în echipamentele militare) demontează poziția dispozitivului. Pentru a elimina aceste dezavantaje, se face o așa-numită clarificare optică. Pentru aceasta, filmele subțiri cu un indice de refracție mai mic decât cel al materialului lentilelor sunt aplicate pe suprafețele libere ale lentilelor. Atunci când se reflectă lumina din interfața film-aer și interfața de sticlă-film, interferența grinzilor coerente 1 # 61602; și 2 '(Figura 253). Grosimea d a filmului și indicii de refracție ai sticlei nc și filmului n pot fi alese astfel încât valurile reflectate de pe ambele suprafețe ale filmului să se stingă reciproc. Pentru aceasta, amplitudinile lor trebuie să fie egale, iar diferența de cale optică este - (vezi (172.3)). Calculul arată că amplitudinile razelor reflectate sunt egale, dacă De la nc. și indicele de refracție n0 al aerului îndeplinesc condițiile nc> n> n0. atunci pierderea de jumătate de undă se produce pe ambele suprafețe; în consecință, condiția minimă (presupunem că lumina cade normal, i = 0) unde nd este grosimea optică a filmului. Luați de obicei m = 0, atunci Astfel, dacă condiția (175.1) este îndeplinită și grosimea optică a filmului este # 61548; 0/4, ca urmare a interferenței, se observă reflectarea razelor reflectate. Deoarece este imposibil să se realizeze o temperare simultană pentru toate lungimile de undă, aceasta se face de obicei pentru lungimea de undă cea mai sensibilă la ochi # 61548; # 61627; 0,55 pm. Prin urmare, lentilele cu optica luminata au o nuanta albastru-rosie. Crearea de acoperiri cu grad ridicat de reflexie a devenit posibilă numai pe baza interferențelor cu mai multe fascicule. Spre deosebire de interferența cu doi raze, pe care le-am uitat la până acum, interferența multipath are loc la impunerea unui număr mare de fascicule de lumină coerente. Distribuția intensității în modelul de interferență diferă semnificativ; maximele de interferență sunt mult mai înguste și mai luminoase decât atunci când sunt suprapuse două fascicule de lumină coerente. Astfel, rezultante oscilațiile de amplitudine lumina de maxima amplitudine identică în intensitate, în cazul în care are loc adăugarea în aceeași fază în Nraz mai mult, iar intensitatea în N 2 ori mai mare decât dintr-un singur fascicul (N număr de fascicule de interferență). Rețineți că pentru a găsi amplitudinea rezultantă este convenabil să se folosească metoda grafică folosind o metodă de rotire a amplitudinii vectorului (vezi. § 140). Interferența cu mai multe căi apare în grila de difracție (vezi § 180). Interferențele multipath pot fi realizate într-un sistem multistrat de filme alternante cu indicatori de refracție diferit (dar cu aceeași grosime optică egală cu # 61548; 0/4) aplicate pe suprafața de reflexie (Figura 254). Se poate arăta că pe secțiunea de delimitare a filmelor (ZnS între două straturi ale unui n1 ridicat indice de refracție este filmul criolit, cu un indice de refracție n2 mai mic), un număr mare de fascicule reflectate de interferență care, atunci când grosimea filmului optic # 61548; 0/4 vor fi întărite reciproc, adică crește coeficientul de reflexie. O caracteristică caracteristică a unui astfel de sistem cu grad ridicat de reflexie este faptul că funcționează într-o regiune spectrală foarte îngustă, iar cu cât este mai mare coeficientul de reflexie, cu atât este mai restrânsă această regiune. De exemplu, un sistem de șapte filme pentru o regiune de 0,5 μm dă un coeficient de reflexie # 61554; # 61627; 96% (cu un factor de transmisie # 61627; 3,5% și coeficientul de absorbție <0,5%). Подобные отражатели применяются в лазерной технике, а также используются для создания интерференционных светофильтров (узкополосных оптических фильтров).
Lampa monocromatică din sursă cade sub un unghi de 45 ° față de placa paralelă plană P1. plăci laterale, aflate la distanță de S, placate și translucide, separă fasciculul în două părți: o grindă (reflectată de un strat argintat) 2 și fasciculul (trece prin veto). Fasciculul 1 este reflectată de oglinzi M1 și, întorcându-se înapoi din nou trece prin P1 placa (fascicul l „). Raza 2 merge la oglinda M2. reflectată de ea, se întoarce înapoi și se reflectă prin P1 placă (fascicul 2 # 61602;). Deoarece primul fascicul trece prin placa P1 de două ori, apoi pentru compensare care rezultă diferența cale în calea celui de al doilea fascicul este plasat P2 placa (exact la fel ca și P1, care nu este acoperit doar cu un strat de argint).
Interferometrele - instrumente optice foarte sensibile, care detectează modificări minore ale indicelui de refracție al organismelor transparente (gaze, lichide și solide) în funcție de presiunea, temperatura, impurități etc. Aceste interferometre se numesc interferențe refractometer ... Pe calea grinzilor interferante există două celule identice de lungime l. dintre care unul este umplut, de exemplu, cu un gaz cu un cunoscut (n0) și celălalt cu un indice de refracție necunoscut (nz). Diferența suplimentară a căii optice dintre fasciculele de interferență # 61508; = (nz - n0) l. Schimbarea diferenței de trase conduce la o schimbare a marginilor de interferență. Această schimbare poate fi caracterizată de cantitate
unde m0 indică la ce parte a lățimii marginii de interferență a modelului de interferență s-a schimbat. Măsurarea valorii m0 pentru l. m0 și # 61548; puteți calcula nz. sau schimbarea lui nz - n0. De exemplu, atunci când modelul de interferență este deplasat cu 1/5 din bandă la l = 10 cm și # 61548; = 0,5 pm (nz - n0) = 10-6. și anume Refractometrele de interferență permit măsurarea modificării indicelui de refracție cu precizie foarte mare (până la 1/1000000).
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: