Интерференция в тонких пленках. Просветление оптики
Интерференция света как явление сложения световых волн. Применение интерференции света в современной технике: при спектральном анализе для точного измерения расстояний и углов, в рефрактометрии, в задачах контроля качества поверхностей, в голографии.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.01.2013 |
| Размер файла | 112,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство транспорта Российской Федерации
ФГБОУ ВПО
Дальневосточный государственный университет путей сообщения
Кафедра "Оптические системы связи"
Реферат
"Интерференция в тонких пленках. Просветление оптики"
Выполнил: Савченко И.А.
Проверил: Карпец Ю.М.
Хабаровск 2012
Оглавление
Введение
Глава 1. Интерференция света в тонких пленках
Глава 2. Просветление оптики
Заключение
Список литературы
Введение
Интерференция света - сложение световых волн, при котором обычно наблюдается характерное пространственное распределение интенсивности света в виде чередующихся светлых и тёмных полос вследствие нарушения принципа сложения интенсивностей. Некоторые явления интерференции света наблюдались ещё И. Ньютоном, но не могли быть объяснены с точки зрения его корпускулярной теории. Правильное объяснение интерференции света как типично волнового явления было дано в начале 19 века Т. Юнгом и О. Френелем.
Применения интерференции очень важны и обширны. света имеет самое широкое применение для измерения длины волны излучения, исследования тонкой структуры спектральной линии, определения плотности, показателей преломления и дисперсионных свойств веществ, для измерения углов, линейных размеров деталей в длинах световой волны, для контроля качества оптических систем и многого другого. На использовании интерференции света основано действие интерферометров и интерференционных спектроскопов; метод голографии также основан на интерференции света. Интерференцию поляризованных лучей широко используют в кристаллооптике для определения структуры и ориентации осей кристалла, в минералогии для определения минералов и горных пород, для обнаружения и исследования напряжений и деформаций в твердых телах, для создания особо узкополосных светофильтров и других оптических приборов.
Глава 1. Интерференция света в тонких пленках
Интерференцию света можно наблюдать не только в лаборатории, применяя специальные оптические устройства (например, бизеркало), но и в естественных условиях. Радужная окраска тонких пленок (мыльных пузырей, пленок нефти или масла на поверхности воды, прозрачных пленок оксидов на поверхности закаленных металлических деталей - цвета побежалости и т. п.) возникает в результате интерференции света, отраженного двумя поверхностями. Образование частично когерентных волн, интерферирующих при наложении, происходит в этом случае вследствие отражения падающего на пленку света от ее верхней и нижней поверхностей. Результат интерференции зависит от разности фаз этих двух волн.
Большой практический интерес представляет интерференция в тонких пластинах и пленках. Разберем подробно картину интерференции от тонкой плоскопараллельной пленки толщиной , изготовленной из прозрачного вещества с показателем преломления , рис. 5. По обе стороны от пленки находится одна и та же среда с показателем преломления . Падающая волна частично отражается в точке А (луч ), а частично преломляется (луч АД). Аналогично луч АД на нижней поверхности пленки отражается (луч ДС) и преломляется в первую среду.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Луч ДС на верхней поверхности отражается и преломляется, образуя луч 2, который накладывается на волну, отраженную от верхней поверхности пленки - луч .
Результат интерференции зависит от разности фаз колебаний, возбуждаемых этими волнами соответственно в точках С и В плоскости ВС, проведенной перпендикулярно лучам и 2. Луч 2 проходит до точки С оптический путь
Аналогично, луч до точки В проходит оптический путь
Добавочный член учитывает потерю полуволны (сдвиг фаз на ), возникающую при отражении света от оптически более плотной среды. Искомая оптическая разность хода
.
Как видно из рис. 5: АД=ДС, так как края пленки плоскопараллельные.
и .
При этом оптическая разность хода
.
По закону преломления света
,
следовательно,
Если пленка расположена в воздухе , тогда
.
Результат интерференции в отраженном от пленки свете удовлетворяет условиям максимумов и минимумов:
- максимум,
- минимум,
где .
При отражении параллельных лучей света () от тонкой прозрачной пленки, толщина которой не одинакова в разных местах, наблюдаются полосы равной толщины. Оптическая разность хода интерферирующих волн изменяется при переходе от одних точек к другим, в соответствии с изменениями толщины d, так, что условие интерференции одинаковы в точках, соответствующих одинаковым значениям d. Поэтому рассматриваемая интерференционная картина называется полосами равной толщины. Полосы равной толщины локализованы вблизи поверхности пленки, поэтому глаз нужно аккомодировать на поверхность самой пленки.
Если свет интерферирует в тонком прозрачном клине с малым углом при вершине, то полосы разной толщины параллельны ребру клина. При освещении клина монохроматическим светом с длиной волны в вакууме , падающим нормально на поверхность клина (= 0), ширина интерференционных полос равна , где - абсолютный показатель преломления клина.
Глава 2. Просветление оптики
При конструировании приборов, состоящих из многих оптических частей, т. е. обладающих большим числом отражающих поверхностей, отражение может заметно ослабить интенсивность света. Для борьбы с этими потерями был разработан способ, позволяющий значительно уменьшить отражение света на свободной поверхности стекла - просветление оптики. Путем химической обработки или осаждением постороннего вещества на стекле образуют поверхностный слой, показатель преломления и толщину которого стремятся подобрать так, чтобы лучи, отраженные от верхней и нижней границ этого слоя, благодаря интерференции взаимно погашались. Например, в перископах подобная обработка приводит к уменьшению потерь на отражение в несколько раз.
Процесс поглощения оптического излучения связан с наличием большого числа электронов на нижнем уровне с энергией Е1 [формула (9.16)]. Этому процессу соответствует определенный коэффициент поглощения k.
Очевидно, что при уменьшении числа электронов на нижнем уровне Е1 коэффициент поглощения k должен уменьшаться. Число электронов на уровне Е1 может уменьшаться за счет перехода электронов на уровень Е2.
Таким образом, чем больше интенсивность излучения, падающего на поглощающую среду, тем больше электронов переходит на уровень Е2, тем меньше становится коэффициент поглощения (рис. 9.8).
Эффект уменьшения K под действием поглощаемого излучения называется эффектом насыщения поглощения или эффектом просветления оптической среды. интерференция спектр рефрактометрия голография
Данный эффект впервые наблюдал С.И. Вавилов с сотрудниками (~ 1950 г.). В настоящее время - находит широкое применение в лазерной технике. На основе этого эффекта создают оптические затворы в лазерах с модулируемой добротностью. Кювета с нитробензолом, с органическим красителем или пластинка кристалла LiF с F - центрами располагается в лазере между одним из зеркал и рабочим телом лазера. В момент вспышки лампы накачки лазера кювета с веществом или образец LiF сильно поглощают излучение, и лазерная генерация не развивается до тех пор, пока не наступит просветление среды. После просветления развивается один гигантский импульс с мощностью ~ 107 Вт (без модулятора 104 Вт) и длительностью 10-8 с (без модулятора 10-6 с).
Заключение
Явление интерференции света находит широкое применение в современной технике. Одним из таких применений является создание "просветленной" оптики. Отполированная поверхность стекла отражает примерно 4% падающего на нее света. Современные оптические приборы состоят из большого числа деталей, изготовленных из стекла. Проходя через каждую из этих деталей, свет ослабляется на 4%. Общие потери света в объективе фотоаппарата составляют примерно 25%, в призменном бинокле и микроскопе - 50% и т. д. Для уменьшения световых потерь в оптических приборах все стеклянные детали, через которые проходит свет, покрывают пленкой, показатель преломления которой меньше показателя преломления стекла. Толщина пленки равна четверти длины волны.
Другим применением явления интерференции является получение хорошо отражающих покрытий, необходимых во многих отраслях оптики. В этом случае используют тонкую пленку толщиной l/4 из материала, коэффициент преломления которого n2 больше коэффициента преломления n3. В этом случае отражение от передней границы происходит с потерей полволны, так как n1 < n2, а отражение от задней границы происходит без потери полволны (n2 > n3). В результате разность хода d = l/4+l/4+l/2=l и отраженные волны усиливают друг друга.
Интерференция света широко используется при спектральном анализе для точного измерения расстояний и углов, в рефрактометрии, в задачах контроля качества поверхностей, для создания светофильтров, зеркал, просветляющих покрытий и др.; на явлениях интерференции света основана голография.
Список литературы
1. Трофимова Т.И. Курс Физики - М.: Высшая школа, 1999. §§ 144, 145, 172, 173.
2. Яворский Б.М., Детлоф А.А. Курс физики - М.: Высшая школа, 1998.Глава V.
3. Савельев И.В. Курс общей физики - М.: Наука, 1986. Т.2.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Применение интерференции для проверки качества обработки поверхностей, "просветления" оптики, измерения показателя преломления веществ. Принцип действия интерферометра. Многолучевая интерференция света. Получение изображения объекта с помощью голографии.
реферат [165,6 K], добавлен 18.11.2013Волновая теория света и принцип Гюйгенса. Явление интерференции света как пространственного перераспределения энергии света при наложении световых волн. Когерентность и монохроматичных световых потоков. Волновые свойства света и понятие цуга волн.
презентация [9,4 M], добавлен 25.07.2015Схемы интерференции, отличающиеся методом создания когерентных пучков. Интерференция, получаемая делением волнового фронта, амплитуды волны. Интерференция при отражении от пластинок тонких и переменной толщины. Практическое применение интерференции.
презентация [199,6 K], добавлен 18.04.2013Интерференция, получаемая делением волнового фронта, получаемая делением амплитуды и при отражении от плоскопараллельной пластинки и клина. Кольца Ньютона, оптическая разность хода световых волн, бипризма Френеля. Роль тонкой пленки, просветление оптики.
лекция [199,6 K], добавлен 24.09.2013Изучение явления интерференции света с помощью интерференционной картины, ее получение по заданным параметрам (на экране не менее восьми светлых полос). Сравнение длины световой волны с длиной волны падающего света. Работа программы "Интерференция волн".
лабораторная работа [86,5 K], добавлен 22.03.2015Основные достижения в области физики Томаса Юнга: разработка принципа суперпозиции и поперечности световых волн, объяснение явления дифракции, введение модуля упругости. Физическое сущность, причины появления и условия наблюдения интерференции света.
презентация [1,1 M], добавлен 13.11.2010Понятие интерференции света, ее история открытия, области применения. Схема когерентных волн. Использование специальных устройств для измерений интерференционным методом - интерферометров, их разновидности, методы получения когерентных пучков в них.
курсовая работа [816,6 K], добавлен 07.12.2015Интерференция световых волн. Опыт Юнга. Методы наблюдения интерференции. Интерференция двух волн на поверхности жидкости, возбуждаемых вибрирующими стержнями. Время когерентности. Длина когерентности. Предельный наблюдаемый порядок интерференции.
презентация [8,5 M], добавлен 07.03.2016Изучение явлений интерференции и дифракции. Экспериментальные факты, свидетельствующие о поперечности световых волн. Вывод о существовании электромагнитных волн, электромагнитная теория света. Пространственная структура эллиптически-поляризованной волны.
презентация [485,0 K], добавлен 11.12.2009Когерентные волны. Монохроматические волны различных частот. Получение когерентных световых волн. Контрастность интерференционной картины. Параллельная плоскость симметрии оптической системы. Оптическая длина пути. Интерференция в тонких плёнках.
реферат [82,7 K], добавлен 11.11.2008Сущность закона преломления света. Условие максимума и минимума интерференции. Соотношение для напряженностей падающей и отраженной волны. Определение скорости уменьшения толщины пленки. Сущность оптической длины пути и оптической разности хода.
контрольная работа [68,4 K], добавлен 24.10.2013Расчет длины волны из опыта Юнга и колец Ньютона. Интерференция света как результат наложения двух когерентных световых волн. Подробный расчет всех необходимых величин. Определение длины волны через угол наклона соответствующей прямой к оси абсцисс.
лабораторная работа [469,3 K], добавлен 11.06.2010Дифракция механических волн. Связь явлений интерференции света на примере опыта Юнга. Принцип Гюйгенса-Френеля, который является основным постулатом волновой теории, позволившим объяснить дифракционные явления. Границы применимости геометрической оптики.
презентация [227,5 K], добавлен 18.11.2014Экспериментальное наблюдение интерференции света. Окрашивание мыльной плёнки в радужные цвета при освещении. Опыт Юнга. Когерентные волны. Условия максимумов и минимумов освещённости. Расчёт интерференционной картины в экспериментах с бипризмой Френеля.
презентация [757,6 K], добавлен 23.08.2013Понятие интерференции в физике. Особенности этого явления при прохождении через кристалл поляризованного света. Описание законов интерференции поляризованных волн в случае параллельных и сходящихся пучков. Принципы явления хроматической поляризации.
контрольная работа [561,5 K], добавлен 18.11.2014Объяснение явления интерференции. Развитие волновой теории света. Исследования Френеля по интерференции и дифракции света. Перераспределение световой энергии в пространстве. Интерференционный опыт Юнга с двумя щелями. Длина световой волны.
реферат [31,1 K], добавлен 09.10.2006Понятие и обоснование явления интерференции как перераспределения энергии в пространстве при сложении двух или более волн. Оптическая разность хода и ее связь с разностью фаз. Методы получения когерентных волн. Интерференция в немонохроматическом свете.
презентация [145,1 K], добавлен 17.01.2014Отклонение лучей призмой. Линзы, их элементы и характеристики. Интерференция света и условия интерференционных максимумов и минимумов. Получение когерентных пучков. Дифракция света и построение зон Френеля. Поляризация света при отражении и преломлении.
реферат [911,7 K], добавлен 12.02.2016Преобразование света при его падении на границу двух сред: отражение (рассеяние), пропускание (преломление), поглощение. Факторы изменения скорости света в веществах. Проявления поляризации и интерференции света. Интенсивность отраженного света.
презентация [759,5 K], добавлен 26.10.2013Голография — набор технологий для точной записи, воспроизведения и переформирования волновых полей. Изучение принципа интерференции электромагнитных волн. Использование лазера как источника света. Рассмотрение схем записи Лейта-Упатниекса и Денисюка.
презентация [620,3 K], добавлен 14.05.2014
