Інтерференція світла
www.fizikanova.com.ua
Проблемні питання
Чому мильні бульбашки райдужно забарвлені?
Чому райдужно забарвлена масляна плівка на поверхні води?
Чому таке забарвлення дає тільки дуже тонка плівка?
Інтерференція світлових хвиль
Інтерференція – явище накладання хвиль, унаслідок якого в деяких точках простору спостерігається стійке в часі посилення (або послаблення) результуючих коливань
За якої умови хвилі інтерферують?
Когерентні хвилі
Когерентні хвилі – це хвилі, які відповідають умовам когерентності
Умови когерентності хвиль:
1) Хвилі повинні мати однакову частоту (відповідно й довжину)
●
●
Когерентні хвилі
●
●
Результуючі коливання
Умова інтерференційного максимуму:
В даній точці простору відбувається посилення результуючих світлових коливань, якщо різниця ходу двох світлових хвиль, що надходять у цю точку, дорівнює цілому числу довжин хвиль (парному числу півхвиль)
Когерентні хвилі
.
●
●
Результуючі коливання
Умова інтерференційного мінімуму:
В даній точці простору відбувається послаблення результуючих світлових коливань, якщо різниця ходу двох світлових хвиль, що надходять у цю точку, дорівнює непарному числу півхвиль
Як спостерігати інтерференцію?
Спостереження інтерференції світла
Екран
Дослід Юнга
(розділення пучка світла на два когерентні пучки)
Томас Юнг (1773-1829)
Якщо для якоїсь точки екрана різниця ходу ∆𝒅 дорівнює
парному числу півхвиль, то в цій точці спостерігався максимум освітленості
непарному числу півхвиль, то в цій точці спостерігався мінімум освітленості
Спостереження інтерференції світла
Екран
Дослід Юнга
(розділення пучка світла на два когерентні пучки)
Томас Юнг (1773-1829)
Монохроматичне світло
Біле світло
Інтерференція на тонких плівках
на непарне число півхвиль, то спостерігається послаблення світла (інтерференційний мінімум)
Розділення пучка світла на два когерентні пучки на тонкій прозорій плівці
Якщо хвиля 2 відстає від хвилі 1
на парне число півхвиль, то спостерігається посилення світла (інтерференційний максимум)
Інтерференція на тонких плівках
Розділення пучка світла на два когерентні пучки на тонкій прозорій плівці
Інтерференція на тонких плівках
Розділення пучка світла на два когерентні пучки на крильцях метелика
Яке практичне застосування інтерференції?
Застосування інтерференції
Щоб знизити втрати, на поверхню лінз наносять тонку плівку
Лінза
Плівка
Повітря
Смакула Олександр
(1900-1983)
Просвітлення оптики (1935 р.)
В оптичних системах, які містять кілька лінз, унаслідок відбиття може втрачатися до 40 % енергії світла
У такому разі у відбитому світлі виконується умова мінімуму (відбиті промені гаситимуться) і через лінзу проходитиме більше світла
Застосування інтерференції
Перевірка якості шліфування поверхонь виробів
Зразок
Еталонна пластина
Повітряний прошарок
Пластину освітлюють монохроматичним світлом
На тонкому повітряному клині між зразком і пластиною утворюється інтерференційна картина
Зразок гладенький
На поверхні зразка є подряпина
Застосування інтерференції
Першим застосував метод перевірки якості шліфування поверхні виробів
Ісаак Ньютон (1642-1727)
Кільця Ньютона
Освітлення білим світлом
Освітлення монохроматичним світлом
Розв'язування задач
1. Чи можна спостерігати інтерференцію світлових хвиль, які випромінюють
дві електричні лампи? дві свічки?
дві лазерні указки?
Розв'язування задач
2. Як пояснити райдужні смуги, що спостерігаються в тонкому шарі гасу на поверхні води?
Розв'язування задач
3. У деякій точці простору перетинаються когерентні хвилі з різницею ходу 2,8 мкм. Який результат інтерференції в цій точці, якщо довжина хвилі 560 нм?
Розв'язування задач
4. У деяку точку надходять дві когерентні світлові хвилі з геометричною різницею ходу 1,2 мкм. Довжина хвиль у вакуумі – 600 нм. Визначте, посилення чи послаблення світла відбувається в точці, якщо світло поширюється у вакуумі; повітрі; воді; алмазі.
Когерентні хвилі
5. Прозора скляна пластина завтовшки 0,3 мкм освітлюється пучком монохроматичного світла довжиною 600нм, який падає перпендикулярно до поверхні пластини. Показник заломлення пластини – 1,5. Максимум чи мінімум інтерференції буде спостерігатися, якщо дивитися на пластину: а) у прохідному світлі? б) у відбитому світлі? Зверніть увагу: якщо світло відбивається від межі із середовищем більшої оптичної густини, то виникає додаткова різниця ходу λ⁄2.
Запитання для фронтального опитування
1. Дайте означення інтерференції.
2. Які хвилі називають когерентними?
3. Назвіть умову інтерференційного максимуму й умову інтерференційного мінімуму.
Запитання для фронтального опитування
4. Чому в оптичному діапазоні важко створити джерела когерентних хвиль?
5. Опішить дослід Т. Юнга з отримання когерентних світлових хвиль.
6. Чому тонкі плівки мають райдужне забарвлення?
Запитання для фронтального опитування
7. У чому полягає метод просвітлення оптики за допомогою інтерференції?
8. Як за допомогою інтерференції перевірити якість шліфування поверхонь виробів?
9. Назвіть приклади виникнення інтерференційних картин у природі.