Лабораторная номер 2 по физике защита лэти. лаб2. Когерентные источники света
 Скачать 473.79 Kb.
|
|
Теория. Когерентные источники света – это источники, которые имеют постоянную во времени разность фаз, согласованное протекание нескольких колебательных или волновых процессов, степень которых различна. Получить когерентные источники можно с помощью разделения пучка света на две части, в результате чего получаются два мнимых источника света, дающих когерентные волны. Без когерентности невозможно наблюдать явление интерференции. Примеры: несколько маленьких игольчатых отверстий в сплошном экране, освещаемом одним точечным источником; отражение от предмета, освещаемого лазером. Интерференция света – сложение двух или нескольких световых волн с одинаковыми периодами, сходящихся в одной точке, в результате которого наблюдается увеличение или уменьшение амплитуда результирующей волны. Для получения устойчивой интерференционной картины необходимо, чтобы складываемые волны были когерентны. Когерентными называют волны с одинаковой частотой и постоянной во времени разностью фаз. Чтобы получить когерентные волны необходимо световую волну от одного источника разделить на две или несколько волн. После прохождения различных путей эти волны, имея некоторую разность хода, интерферируют. Способы получения интерференции: Бипризма Френеля. В  олна, идущая от источника света, раздваивается из-за преломления света в двух половинах бипризмы. Получаемые волны 1 и 2 как бы исходят от двух мнимых источников S1 и S2 и являются когерентными, поэтому в закрашенной области наблюдается интерференция.Опыт Юнга. Свет, проходящий через узкое отверстие S, падает на экран с двумя отверстиями S1 и S2 и делится на две когерентных волны, поэтому в заштрихованной области наблюдается интерференция, а на экране – интерференционная картина.  Зеркала Френеля. Две когерентные световые волны получаются в результате отражения от двух зеркал М и N, плоскости которых наклонены под небольшим углом φ друг к другу. Источником служит узкая ярко освещенная щель S, параллельная ребру между зеркалами. Отраженные от зеркал пучки падают на экран, и в той области, где они перекрываются (поле интерференции), возникает интерференционная картина. От прямого попадания лучей от источника S экран защищен ширмой Э1. Для расчета освещенности J экрана можно считать, что интерферирующие волны испускаются вторичными источниками S1 и S2, представляющими собой мнимые изображения щели S в зеркалах. Поэтому J будет определяться формулой двулучевой интерференции, в которой расстояние l от источников до экрана следует заменить на a+b, где  - расстояние от S до ребра зеркал, b - расстояние от ребра до экрана. Расстояние d между вторичными источниками равно:  . Поэтому ширина интерференционной полосы на экране равна:  . .Билинза Бийе. Аналогичное бипризме Френеля устройство, в котором роль когерентных источников играют действительные изображения ярко освещенной щели, получается, если собирающую линзу разрезать по диаметру и половинки немного раздвинуть. Прорезь закрывается непрозрачным экраном А, а падающие на линзу лучи проходят через действительные изображения щели S1 и S2 и дальше перекрываются, образуя интерференционное поле.  Зеркало Ллойда. Источником света S служит узкая щель, параллельная плоскости зеркала (рис. 1.2). Расходящийся световой пучок от источника падает на плоское зеркало MM’ (зеркало Ллойда), расположенное перпендикулярно к экрану NN’. Отразившись от зеркала, он попадает на экран. Этот пучок света можно представить исходящим от мнимого изображения источника света S’, образованного зеркалом. Кроме того, на экран попадают лучи, идущие непосредственно от источника света S. В той области экрана, где перекрываются оба пучка света, т.е. накладываются две когерентные волны, наблюдается интерференционная картина.  Кольца Ньютона — кольцеобразные интерференционные максимумы и минимумы, появляющиеся вокруг точки касания слегка изогнутой выпуклой линзы и плоскопараллельной пластины при прохождении света сквозь линзу и пластину. Интерференционная картина в виде колец возникает при отражении света от двух поверхностей, одна из которых плоская, а другая имеет относительно большой радиус кривизны и соприкасается с первой (например, стеклянная пластинка и плосковыпуклая линза). Если на такую систему в направлении, перпендикулярном плоской поверхности, падает пучок монохроматического света, то световые волны, отражённые от каждой из упомянутых поверхностей, интерферируют между собой. Сформированная таким образом интерференционная картина состоит из наблюдающегося в месте соприкосновения поверхностей тёмного кружка и окружающих его чередующихся между собой светлых и тёмных концентрических колец. Рассмотрим случай, когда монохроматическая волна падает почти перпендикулярно на плосковыпуклую линзу.  Волна 1 появляется в результате отражения от выпуклой поверхности линзы на границе стекло — воздух, а волна 2 — в результате отражения от пластины на границе воздух — стекло. Эти волны когерентны, то есть у них одинаковые длины волн, а разность их фаз постоянна. Разность фаз возникает из-за того, что волна 2 проходит больший путь, чем волна 1. Если вторая волна отстаёт от первой на целое число длин волн, то, складываясь, волны усиливают друг друга.  {\displaystyle \Delta =m\lambda } — max,Напротив, если вторая волна отстаёт от первой на нечётное число полуволн, то колебания, вызванные ими, будут происходить в противоположных фазах, и волны гасят друг друга.  {\displaystyle \Delta =(2m+1){\lambda \over 2}} — min,Где m {\displaystyle m} — любое целое число, λ{\displaystyle \lambda } — длина волны. Кольца Ньютона используются для измерения радиусов кривизны поверхностей, для измерения длин волн света и показателей преломления. В некоторых случаях (например, при сканировании изображений на плёнках или оптической печати с негатива) кольца Ньютона представляют собой нежелательное явление. Используются в физиологии. Подсчёт форменных элементов производится после притирания покровного стекла и камеры Горяева до появления колец Ньютона. Когерентные волны в определенной точке пространства в произвольный момент времени имеют постоянную разность фаз колебаний: Δφ = |φ2 − φ1| = const, где φ1 — фаза первой волны; φ2 — фаза второй волны; Пусть разделение на две когерентные волны происходит в точке О:  До точки Р первая волна проходит в среде с показателем n1 расстояние s1, а вторая в среде с показателем преломления n2 расстояние s2. Если в точке О фаза колебаний  ( ), то первая волна возбждает в точке Р колебание , а вторая  ,где  – фазовые скорости первой и второй волны. Следовательно, разность фаз возбуждаемых волнами колебаний в точке Р равна: Учитывая, что  получим выражение для разности фаз двух когерентных волн:  . Эта формула связывает оптическую разность хода и разность фаз.Для учёта того, что в разных веществах скорость света различна, при определении положений минимумов и максимумов используют не разность хода, а оптическую разность хода (разность оптических длин пути):  , где L 1 — оптическая длина пути первой волны; L 2 — оптическая длина пути второй волны.Если разность хода равна целому числу длин волн в вакууме равна  (m=0,1,2, …),то  , и колебания, возбуждаемые в точке Р обеими волнами, будут происходить в одинаковой фазе. Следовательно, является условием интерференционного максимума.Если оптическая разность хода равна  (m=0,1,2, …),то  , и колебания, возбуждаемые в точке Р обеими волнами, будут происходить в противофазе. Следовательно, является условием интерференционного минимума.Задача. На мыльную пленку (n=1,3), находящуюся в воздухе, падает нормально пучок лучей белого света. При какой наименьшей толщине d пленки отраженный свет с длиной волны λ=0,55 мкм окажется максимально усиленным в результате интерференции?   Условие максимума: Тогда  Наименьшая толщина пленки d соответствует m=1  Откуда   Ответ: d=0,103 мкм. |