تداخل الضوء في الأغشية الرقيقة. خطوط متساوية الانحدار وسمك متساوي. حلقات نيوتن. التطبيق العملي للتداخل. تطبيق التداخل الضوئي إجراء التداخل الضوئي باستخدام طبقة رقيقة

هامش التداخل متساوي الميل. عندما يتم إضاءة فيلم رقيق، يحدث تراكب للموجات من نفس المصدر، وتنعكس من الأسطح الأمامية والخلفية للفيلم. قد يتسبب هذا في تداخل الضوء. إذا كان الضوء أبيض، فإن أطراف التداخل تكون ملونة. يمكن ملاحظة التداخل في الأغشية على جدران فقاعات الصابون، على الأغشية الرقيقة من الزيت أو البترول التي تطفو على سطح الماء، على الأغشية التي تظهر على سطح المعادن أو المرايا.

دعونا نفكر أولاً في لوحة ذات سماكة متوازية مع معامل انكسار (الشكل 2.11). دع موجة ضوئية مستوية تسقط على اللوحة، والتي يمكن اعتبارها شعاعًا متوازيًا من الأشعة. تقوم اللوحة بإلقاء شعاعين متوازيين من الضوء إلى الأعلى، أحدهما يتكون بسبب الانعكاس من السطح العلوي للوحة، والثاني - بسبب الانعكاس من السطح السفلي. يظهر كل من هذه الحزم في الشكل. 2.11 مع شعاع واحد فقط.

عند الدخول والخروج من اللوحة، يتعرض الشعاع 2 للانكسار. بالإضافة إلى العتبتين و ، تقوم اللوحة برمي العوارض الصاعدة الناتجة عن ثلاثة أو خمسة أو ما إلى ذلك. انعكاس متعدد من أسطح الألواح. ومع ذلك، بسبب كثافتها المنخفضة، يمكن تجاهلها.

دعونا نفكر في تداخل الأشعة المنعكسة من اللوحة. بما أن موجة مستوية تسقط على اللوحة، فإن مقدمة هذه الموجة تكون مستوية متعامدة مع الشعاعين 1 و2. 2.11 يمثل الخط المستقيم BC قسمًا من مقدمة الموجة بجوار مستوى الرسم. سيكون فرق المسار البصري الذي يكتسبه الشعاعان 1 و 2 قبل أن يتقاربا عند النقطة C

,

(2.13)

حيث هو طول المقطع BC، وهو الطول الإجمالي للقطع AO وOS. يفترض أن معامل انكسار الوسط المحيط باللوحة يساوي الوحدة. من الشكل. 2.11 من الواضح أن ، . استبدال هذه التعبيرات في (2.13) يعطي. دعونا نستخدم قانون انكسار الضوء: ; ونأخذ في الاعتبار أنه بالنسبة لفرق المسار نحصل على التعبير التالي: .

عند حساب فرق الطور بين الذبذبات في الأشعة ومن الضروري، بالإضافة إلى فرق المسار البصري D، أن يؤخذ في الاعتبار إمكانية تغير الطور عند الانعكاس عند النقطة C. عند النقطة C، تنعكس الموجة عن واجهة بين وسط أقل كثافة بصريا ووسط أكثر كثافة بصريا. لذلك، فإن مرحلة الموجة تخضع للتغيير بمقدار p. عند نقطة ما، يحدث الانعكاس من السطح البيني بين وسط أكثر كثافة بصريًا ووسط أقل كثافة بصريًا، ولا تحدث قفزة طورية في هذه الحالة. من الناحية النوعية، يمكن تصور ذلك على النحو التالي. إذا كان سمك اللوحة يميل إلى الصفر، فإن الصيغة التي حصلنا عليها لفرق المسار البصري تعطي . لذلك، عندما يتم فرض الأشعة، يجب أن تزيد التذبذبات. لكن هذا مستحيل، لأن صفيحة رقيقة للغاية لا يمكنها التأثير على انتشار الضوء على الإطلاق. ولذلك، فإن الموجات المنعكسة من السطحين الأمامي والخلفي للوحة يجب أن تلغي بعضها البعض أثناء التداخل. يجب أن تكون أطوارها معاكسة، أي فرق المسار البصري D عند د→0 يجب أن تميل إلى . لذلك، تحتاج إلى إضافة أو طرح التعبير السابق لـ D، حيث lect 0 هو الطول الموجي في الفراغ. النتيجه هي:

.

(2.14)

لذلك، عندما تسقط موجة مستوية على لوحة، تتشكل موجتان منعكستان، يتم تحديد اختلاف مسارهما بالصيغة (2.14). يمكن أن تتداخل هذه الموجات إذا كان اختلاف المسار البصري لا يتجاوز طول التماسك. الشرط الأخير للإشعاع الشمسي يؤدي إلى حقيقة أن التداخل عند إضاءة اللوحة لا يتم ملاحظته إلا إذا كان سمك اللوحة لا يتجاوز بضع مئات من المليمتر.

ومن الناحية العملية، يتم ملاحظة التداخل من لوحة مستوية موازية عن طريق وضع عدسة في مسار الأشعة المنعكسة، والتي تجمع الأشعة في إحدى نقاط الشاشة الموجودة في المستوى البؤري للعدسة. تعتمد الإضاءة عند هذه النقطة على اختلاف المسار البصري. عندما تكون الشدة القصوى، وعندما تكون الشدة في الحد الأدنى. ولذلك، فإن شرط الحد الأقصى للكثافة له الشكل:

,

(2.15)

والحد الأدنى:

.

(2.16)

يتم الحصول على هذه العلاقات للضوء المنعكس.

دع لوحة رفيعة متوازية المستوى تضيء بضوء أحادي اللون متناثر. دعونا نضع عدسة موازية للوحة، في المستوى البؤري الذي نضع الشاشة فيه (الشكل 2.12). يحتوي الضوء المبعثر على أشعة من مجموعة واسعة من الاتجاهات. الأشعة الموازية لمستوى النموذج والسقطة على اللوحة بزاوية، بعد الانعكاس من كلا سطحي اللوحة، ستتجمع بواسطة العدسة عند نقطة ما وتخلق إضاءة عند هذه النقطة، تحددها قيمة المسار البصري اختلاف. الأشعة القادمة في مستويات أخرى، ولكنها تسقط على البلاستيك بنفس الزاوية، سيتم جمعها بواسطة العدسة في نقاط أخرى تقع على نفس المسافة من مركز الشاشة مثل النقطة. الإضاءة في كل هذه النقاط ستكون هي نفسها. وبالتالي، فإن الأشعة الساقطة على اللوحة بنفس الزاوية ستخلق على الشاشة مجموعة من النقاط المضيئة بشكل متساوٍ وتقع في دائرة مركزها النقطة O. وبالمثل، فإن الأشعة الساقطة بزاوية مختلفة ستنشئ على الشاشة مجموعة من النقاط المتساوية نقاط مضيئة تقع في دائرة ذات نصف قطر مختلف. لكن إضاءة هذه النقاط ستكون مختلفة، لأنها تتوافق مع اختلاف مسار بصري مختلف.

ونتيجة لذلك، ستظهر على الشاشة مجموعة من الخطوط الدائرية الداكنة والفاتحة، ومركزها المشترك عند النقطة O، يتكون كل شريط من أشعة تسقط على اللوحة بنفس الزاوية. ولذلك، فإن أهداب التداخل الناتجة في هذه الحالة تسمى أهداب متساوية الميل.

وفقًا لـ (2.15)، يعتمد موضع الحد الأقصى للكثافة على الطول الموجي، لذلك في الضوء الأبيض، يتم الحصول على مجموعة من الخطوط المتحولة بالنسبة لبعضها البعض، والتي تتكون من أشعة بألوان مختلفة، وسيكتسب نمط التداخل لون قوس قزح.

لمراقبة الحواف ذات الميل المتساوي، يجب أن تكون الشاشة موجودة في المستوى البؤري للعدسة، بنفس الطريقة التي يتم وضعها بها للحصول على الأشياء عند اللانهاية. لذلك، يقولون أن النطاقات ذات الميل المتساوي تقع عند اللانهاية. دور العدسة يمكن أن تلعبه عدسة العين، ودور الشاشة يمكن أن تلعبه شبكية العين.

هامش التداخل متساوي السماكة.دعونا الآن نأخذ لوحة على شكل إسفين. دع شعاعًا متوازيًا من الأشعة يسقط عليه (الشكل 2.13). لكن الآن لن تكون الأشعة المنعكسة من الأسطح المختلفة للوحة متوازية.
عارضتان شبه مندمجتين قبل سقوطهما على الصفيحة بعد انعكاسهما من السطحين العلوي والسفلي للإسفين يتقاطعان عند النقطة. بعد الانعكاس، يتقاطع شعاعان مندمجان تقريبًا عند النقطة . ويمكن إثبات أن النقطتين تقعان في نفس المستوى مروراً برأس الوتد عن.

إذا قمت بوضع الشاشة هبحيث يمر عبر النقاط، وسيظهر نمط التداخل على الشاشة. عند زاوية صغيرة من الوتد، يمكن حساب الفرق في مسار الأشعة المنعكسة من سطحيه العلوي والسفلي بدرجة كافية من الدقة باستخدام الصيغة تم الحصول عليها للوحة متوازية المستوى، مع الأخذ في الاعتبار سمك الإسفين عند النقطة التي تسقط عليها الأشعة. نظرًا لأن الاختلاف في مسار الأشعة المنعكسة من أجزاء مختلفة من الإسفين أصبح الآن غير متساوٍ، فإن الإضاءة ستكون غير متساوية - ستظهر خطوط فاتحة ومظلمة على الشاشة. وينشأ كل من هذه الخطوط نتيجة الانعكاس من أقسام الإسفين بنفس السماكة، ونتيجة لذلك يطلق عليها خطوط متساوية السماكة.

وبالتالي، فإن نمط التداخل الناتج عن انعكاس موجة مستوية من الإسفين يتبين أنه يتموضع في منطقة معينة بالقرب من سطح الإسفين. كلما ابتعدت عن قمة الإسفين، يزداد اختلاف المسار البصري، ويصبح نمط التداخل أقل وضوحًا.

أرز. 2.14

عند ملاحظتها في الضوء الأبيض، سيتم تلوين الخطوط، بحيث يكون لسطح اللوحة لون قوس قزح. في الظروف الحقيقية، عند ملاحظة، على سبيل المثال، ألوان قوس قزح على فيلم صابون، تتغير زاوية سقوط الأشعة وسمك الفيلم. في هذه الحالة، يتم ملاحظة نطاقات من النوع المختلط.

يمكن بسهولة ملاحظة خطوط متساوية السماكة على إطار سلكي مسطح تم غمسه في محلول صابون. يتم تغطية طبقة الصابون التي تغطيها بأهداب تداخل أفقية ناتجة عن تداخل الموجات المنعكسة من الأسطح المختلفة للفيلم (الشكل 2.14). مع مرور الوقت، يتم تصريف محلول الصابون وتتحرك أطراف التداخل إلى الأسفل.

إذا تابعت سلوك فقاعة الصابون الكروية، فستجد بسهولة أن سطحها مغطى بحلقات ملونة، تنزلق ببطء نحو قاعدتها. يشير إزاحة الحلقات إلى ترقق تدريجي لجدران الفقاعة.

حلقات نيوتن

من الأمثلة الكلاسيكية للشرائط ذات السماكة المتساوية حلقات نيوتن. يتم ملاحظتها عندما ينعكس الضوء من لوحة زجاجية متوازية المستوى وعدسة محدبة ذات نصف قطر انحناء كبير تتلامس مع بعضها البعض (الشكل 2.15). يتم لعب دور الفيلم الرقيق، الذي تنعكس الموجات من سطحه، عن طريق فجوة الهواء بين اللوحة والعدسة (بسبب السماكة الكبيرة للوحة والعدسة، لا تنشأ هامش التداخل بسبب الانعكاسات من أخرى الأسطح). مع حدوث الضوء بشكل طبيعي، تبدو الخطوط ذات السماكة المتساوية وكأنها دوائر؛ مع الضوء المائل، تبدو مثل القطع الناقص.

دعونا نجد نصف قطر حلقات نيوتن التي يتم الحصول عليها عندما يسقط الضوء بشكل طبيعي على اللوحة. في هذه الحالة و. من الشكل. من الشكل 2.15 يتضح أن مكان نصف قطر انحناء العدسة هو نصف قطر الدائرة، وجميع نقاطها تتوافق مع نفس الفجوة. يمكن إهمال القيمة إذن. لمراعاة التغير في الطور بواسطة p الذي يحدث أثناء الانعكاس من اللوحة، تحتاج إلى إضافة فرق المسار: ، أي عند نقطة الاتصال بين اللوحة والعدسة، يتم ملاحظة الحد الأدنى من الشدة بسبب التغير في الطور بمقدار p عندما تنعكس موجة الضوء من اللوحة.

أرز. 2.16

في التين. يوضح الشكل 2.16 منظرًا لحلقات نيوتن المتداخلة في الضوء الأحمر والأخضر. وبما أن الطول الموجي للضوء الأحمر أطول من الطول الموجي للضوء الأخضر، فإن أنصاف أقطار الحلقات في الضوء الأحمر أكبر من أنصاف أقطار الحلقات التي لها نفس العدد في الضوء الأخضر.

إذا، في تركيب نيوتن، تم تحريك العدسة لأعلى موازية لنفسها، فنتيجة للزيادة في سمك فجوة الهواء، سيتم تقليص كل دائرة مقابلة لفرق مسار ثابت نحو مركز الصورة. بعد أن وصلت إلى المركز، تتحول حلقة التداخل إلى دائرة، وتختفي مع تحرك العدسة أكثر. وبالتالي، فإن مركز الصورة سيصبح بالتناوب الضوء والظلام. وفي الوقت نفسه، ستظهر حلقات تداخل جديدة على محيط مجال الرؤية وتتحرك نحو المركز حتى تختفي كل واحدة منها في وسط الصورة. ومع تحرك العدسة بشكل مستمر للأعلى، تختفي حلقات ذات رتب أقل من التداخل وتظهر حلقات ذات رتب أعلى.

مثال
طلاء البصريات

يتم طلاء البصريات لتقليل انعكاس أسطح الأجزاء البصرية عن طريق تطبيق واحد أو أكثر من الأفلام غير الماصة عليها. بدون الأفلام المضادة للانعكاس، يمكن أن تكون خسائر انعكاس الضوء كبيرة جدًا. في الأنظمة التي تحتوي على عدد كبير من الأسطح، مثل العدسات المعقدة، يمكن أن يصل فقدان الضوء إلى 70% أو أكثر، مما يؤدي إلى انخفاض جودة الصور الناتجة عن هذه الأنظمة البصرية. ويمكن التخلص من ذلك عن طريق مسح البصريات، وهو أحد أهم تطبيقات التداخل في الأغشية الرقيقة.

عندما ينعكس الضوء من السطحين الأمامي والخلفي للفيلم المترسب على جزء بصري، فإن الضوء المنعكس سينتج الحد الأدنى من الشدة نتيجة للتداخل، وبالتالي، سيكون للضوء المنقول أقصى شدة لهذا الطول الموجي. في حالة سقوط الضوء الطبيعي، سيكون التأثير أقصى إذا كان سمك الفيلم الرقيق يساوي عددًا فرديًا من أرباع الطول الموجي للضوء في مادة الفيلم. في الواقع، في هذه الحالة، لا يحدث فقدان نصف الطول الموجي عند الانعكاس، حيث تنعكس الموجة على كل من السطحين العلوي والسفلي للفيلم من السطح البيني بين وسط أقل كثافة بصريًا ووسط أكثر كثافة بصريًا. ولذلك، فإن شرط الحد الأقصى من الشدة سوف يتخذ الشكل . من هنا نحصل .

من خلال تغيير سمك الفيلم المضاد للانعكاس، يمكنك تحويل الحد الأدنى من الانعكاس إلى أجزاء مختلفة من الطيف.

كثيرا ما نلاحظ تلون قزحي الألوان للأغشية الرقيقة، على سبيل المثال، أفلام الزيت على الماء، وأفلام الأكسيد على المعادن، والتي تظهر نتيجة تداخل الضوء المنعكس عن سطحين من الفيلم.

التدخل في الأفلام الرقيقة

لنفترض وجود صفيحة رفيعة موازية للمستوى، معامل انكسارها n وسمكها b. دع موجة أحادية اللون مستوية تسقط على مثل هذا الفيلم بزاوية (لنفترض أن هذه شعاع واحد) (الشكل 1). على سطح مثل هذا الفيلم، عند نقطة ما، يتم تقسيم الشعاع. وينعكس جزئيًا عن السطح العلوي للفيلم، وينكسر جزئيًا. يصل الشعاع المنكسر إلى النقطة B، وينكسر جزئيًا في الهواء (معامل انكسار الهواء يساوي واحدًا)، وينعكس جزئيًا ويذهب إلى النقطة C. والآن سوف ينعكس وينكسر جزئيًا مرة أخرى، ويخرج إلى الهواء عند زاوية. تكون الأشعة (1 و 2) التي تخرج من الفيلم متماسكة إذا كان اختلاف مسارها البصري صغيرًا مقارنة بطول تماسك الموجة الساقطة. إذا تم وضع عدسة متقاربة على مسار الأشعة (1 و 2)، فسوف تتقارب عند نقطة ما D (في المستوى البؤري للعدسة). في هذه الحالة، سيظهر نمط التداخل، والذي يتم تحديده من خلال الاختلاف البصري في مسار الحزم المسببة للتداخل.

الفرق البصري في مسار الشعاعين 1 و 2، الذي يظهر في الشعاعين عندما يقطعان المسافة من النقطة A إلى المستوى CE، يساوي:

حيث نفترض أن الفيلم موجود في الفراغ، وبالتالي فإن معامل الانكسار هو . يتم تفسير ظهور القيمة بفقدان نصف الطول الموجي عندما ينعكس الضوء من واجهة الوسائط. مع العنوان = " تم تقديمه بواسطة QuickLaTeX.com" height="14" width="54" style="vertical-align: -3px;"> половина волны будет потеряна в точке А, и при величине будет стоять знак минус. Если , то половина волны будет потеряна в точке В и при будет стоять знак плюс. В соответствии с рис.1:!}

أين هي زاوية السقوط داخل الفيلم؟ ومن نفس الشكل يتبين أن:

دعونا نأخذ في الاعتبار أنه بالنسبة للحالة قيد النظر فإن قانون الانكسار هو:

مع الأخذ في الاعتبار فقدان نصف الطول الموجي:

بالنسبة للحالة التي يكون فيها العنوان = " تم تقديمه بواسطة QuickLaTeX.com" height="14" width="54" style="vertical-align: -3px;">, получим:!}

وفقًا لشرط الحد الأقصى للتداخل، عند النقطة D، سنلاحظ الحد الأقصى إذا:

سيتم ملاحظة الحد الأدنى من الشدة عند النقطة المعنية إذا:

لا يمكن ملاحظة ظاهرة التداخل إلا إذا كان سمك الفيلم أقل بمرتين من طول تماسك الموجة الساقطة.

يوضح التعبيران (8) و (9) أن نمط التداخل في الأفلام يتحدد بسمك الفيلم (بالنسبة لنا ب)، والطول الموجي للضوء الساقط، ومعامل انكسار مادة الفيلم، وزاوية السقوط () . بالنسبة للمعلمات المدرجة، يتوافق كل ميل للأشعة () مع هامش التداخل الخاص بها. تسمى الخطوط الناتجة عن تداخل الأشعة الساقطة على الفيلم بزوايا متساوية خطوط متساوية الميل.

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

يمارس	ما الحد الأدنى لسمك طبقة الصابون (معامل الانكسار) الموجودة في الهواء حتى يتم تضخيم الضوء ذو الطول الموجي m المنعكس منه إلى الحد الأقصى نتيجة للتداخل؟ افترض أن الضوء يضرب الفيلم بشكل طبيعي.
حل	كأساس لحل المشكلة نستخدم الصيغة التي حصلنا عليها ضمن الجزء النظري من هذا القسم. سيتم ملاحظة الحد الأقصى للتداخل إذا: حيث m = 1، للحد الأدنى لسمك الفيلم. لنأخذ في الاعتبار أنه وفقًا لشروط المشكلة، يسقط الضوء على سطح الفيلم على طول العمود العمودي، أي بالإضافة إلى ذلك، نلاحظ أنه في التعبير (1.1)، وذلك بوضع علامة زائد أمام، أخذنا في الاعتبار أن معامل انكسار طبقة الصابون أكبر من معامل انكسار الهواء. وهكذا من الصيغة (1.1) نحصل على: بالتعبير عن ب، لدينا: دعونا نفعل الحسابات:
إجابة	م

تدخل الضوء طريقة تقسيم السعةفي كثير من النواحي يكون من الأسهل ملاحظته مقارنة بالتجارب تقسيم واجهة الموجة. إحدى طرق استخدام هذه الطريقة هي تجربة بولس .

في التجربة الميدانية، ينعكس الضوء من المصدر S بواسطة سطحين من لوحة رقيقة شفافة متوازية المستوى (الشكل 8.7).

في أى مكان ص، الموجود على نفس الجانب من اللوحة حيث يصل المصدر، شعاعان. تشكل هذه الأشعة نمط التداخل.

ولتحديد نوع الخطوط، يمكنك أن تتخيل أن الأشعة تخرج من صور افتراضية س 1 و س 2 مصادر س، التي تم إنشاؤها بواسطة أسطح اللوحة. على شاشة بعيدة موضوعة بالتوازي مع اللوحة، تكون أهداب التداخل على شكل حلقات متحدة المركز مراكزها متعامدة مع اللوحة التي تمر عبر المصدر س. تضع هذه التجربة متطلبات أقل صرامة على حجم المصدر سمن التجارب التي نوقشت أعلاه. ولذلك فمن الممكن كما ساستخدم مصباح زئبقي بدون شاشة مساعدة ذات فتحة صغيرة توفر تدفقًا ضوئيًا كبيرًا. باستخدام لوح الميكا (سمكه 0.03 - 0.05 ملم) يمكنك الحصول على نمط تداخل ساطع مباشرة على سقف وجدران القاعة. كلما كانت اللوحة أرق، زاد حجم نمط التداخل، أي. مسافة أكبر بين الخطوط.

شرائح متساوية الانحدار

من المهم بشكل خاص الحالة الخاصة لتداخل الضوء المنعكس من سطحين للوحة متوازية المستوى، عندما تكون نقطة المراقبة صهو في اللانهاية، أي. يتم إجراء المراقبة إما بالعين المجهزة إلى ما لا نهاية، أو على شاشة تقع في المستوى البؤري لعدسة مجمعة (الشكل 8.8).

في هذه الحالة، يأتي كلا الشعاعين من سل صالناتجة عن شعاع واحد وبعد الانعكاس من الأسطح الأمامية والخلفية للوحة تكون متوازية مع بعضها البعض. فرق المسار البصري بينهما عند نقطة ما صنفس على الخط العاصمة:

هنا ن– معامل الانكسار لمادة اللوحة. ومن المفترض أن يكون هناك هواء فوق اللوحة، أي. . لأن , (ح- سمك اللوحة، و - زوايا السقوط والانكسار على الوجه العلوي؛ )، ثم نحصل على اختلاف المسار

وينبغي أيضًا أن يؤخذ في الاعتبار أنه عندما تنعكس الموجة من السطح العلوي للوحة، وفقًا لصيغ فريسنل، يتغير مرحلتها بمقدار π. ولذلك، فإن فرق الطور δ للموجات المطوية عند هذه النقطة صمساوي ل:

,

أين هو الطول الموجي في الفراغ

وفقا للصيغة الأخيرة، توجد خطوط خفيفة في الأماكن التي ، أين م – ترتيب التداخل. النطاق المقابل لترتيب التداخل هذا ناتج عن حادث ضوئي على اللوحة بزاوية محددة جدًا α. لذلك، تسمى هذه المشارب التشوش خطوط متساوية الانحدار . إذا كان محور العدسة متعامدًا على اللوحة، فإن الحواف تكون على شكل حلقات متحدة المركز يكون المركز عند التركيز عليها، وفي وسط الصورة يكون ترتيب التداخل هو الحد الأقصى.

يمكن الحصول على خطوط متساوية الميل ليس فقط في الضوء المنعكس، ولكن أيضًا في الضوء المنقول عبر اللوحة. في هذه الحالة، يمر أحد الشعاعين بشكل مستقيم، والآخر بعد انعكاسين على الجزء الداخلي من اللوحة. ومع ذلك، فإن رؤية الخطوط منخفضة.

لمراقبة شرائط متساوية الميل، بدلا من لوحة متوازية المستوى، فهي مريحة للاستخدام مقياس تداخل ميشيلسون (الشكل 8.9). لنفكر في دائرة مقياس تداخل ميشيلسون: z1 وz2 مرآتان. المرآة الشفافة مطلية بالفضة وتقسم الشعاع إلى جزأين - الشعاع 1 و 2. الشعاع 1، المنعكس من z1 ويمر، يعطي، والشعاع 2، المنعكس من z2 وأبعد من ذلك، يعطي. اللوحات متطابقة في الحجم. يتم تثبيته لتعويض الاختلاف في مسار الشعاع الثاني. الأشعة متماسكة ومتداخلة.

التدخل من إسفين. خطوط متساوية السماكة

قمنا بفحص تجارب التداخل التي حدث فيها تقسيم سعة موجة الضوء من المصدر نتيجة الانعكاس الجزئي على أسطح لوحة متوازية المستوى. يمكن أيضًا ملاحظة النطاقات المحلية ذات المصدر الممتد في ظل ظروف أخرى. اتضح أنه بالنسبة للوحة أو فيلم رقيق بدرجة كافية (لا يجب أن تكون أسطحها متوازية ومسطحة بشكل عام)، يمكن ملاحظة نمط تداخل موضعي بالقرب من السطح العاكس. تسمى النطاقات التي تظهر في ظل هذه الظروف خطوط متساوية السماكة . في الضوء الأبيض، تكون أطراف التداخل ملونة. ولذلك تسمى هذه الظاهرة ألوان الأغشية الرقيقة. من السهل ملاحظتها على فقاعات الصابون، وعلى الأغشية الرقيقة من الزيت أو البنزين العائمة على سطح الماء، وعلى أغشية الأكاسيد التي تظهر على سطح المعادن أثناء التصلب، وما إلى ذلك.

دعونا نفكر في نمط التداخل الذي تم الحصول عليه من ألواح ذات سماكة متغيرة (من إسفين).

لا تتطابق اتجاهات انتشار موجة الضوء المنعكسة من الحدود العلوية والسفلية للإسفين. تلتقي الأشعة المنعكسة والمنكسرة، فيمكن ملاحظة نمط التداخل عند انعكاسها من الإسفين دون استخدام عدسة إذا تم وضع الشاشة في مستوى نقاط تقاطع الأشعة (توضع عدسة العين في المستوى المطلوب) .

سيتم ملاحظة التداخل فقط في المنطقة الثانية من الإسفين، حيث أن فرق المسار البصري في المنطقة الأولى سيكون أكبر من طول التماسك.

يتم تحديد نتيجة التداخل عند النقاط والشاشة بالصيغة المعروفة ، مع استبدال سمك الفيلم عند نقطة سقوط الشعاع ( أو ). يجب أن يكون الضوء متوازيًا (): إذا تغير معلمتان في وقت واحد بو α، فلن يكون هناك نمط تداخل مستقر.

وبما أن الاختلاف في مسار الأشعة المنعكسة من أجزاء مختلفة من الإسفين سيكون غير متساو، فإن إضاءة الشاشة ستكون غير متساوية، وستكون هناك خطوط داكنة وفاتحة على الشاشة (أو ملونة عند إضاءتها بالضوء الأبيض، كما كما هو موضح في الشكل 8.11). وينشأ كل خط من هذه الخطوط نتيجة الانعكاس من أقسام الإسفين بنفس السماكة، ولهذا سميت خطوط متساوية السماكة .

في التين. يوضح الشكل 8.12 إطارًا تم فيه تثبيت لوحين زجاجيين. إحداها محدبة قليلاً، بحيث تتلامس الصفائح مع بعضها البعض في مرحلة ما. وفي هذه المرحلة يلاحظ شيء غريب: ظهور حلقات حوله. في المنتصف تكون غير ملونة تقريبًا، وأكثر قليلاً تتلألأ بكل ألوان قوس قزح، وباتجاه الحافة تفقد تشبع اللون وتتلاشى وتختفي.

هذا ما تبدو عليه التجربة التي أرست الأساس للبصريات الحديثة في القرن السابع عشر. درس نيوتن هذه الظاهرة بالتفصيل، واكتشف أنماطًا في ترتيب الحلقات ولونها، وشرحها أيضًا على أساس النظرية الجسيمية للضوء.

جرس شرائح متساوية السماكة، يتم ملاحظتها في الفجوة الهوائية بين السطح الكروي المحدب للعدسة ذات الانحناء الصغير والسطح المسطح للزجاج المتصل(الشكل 8.13)، مُسَمًّى حلقات نيوتن.

يقع المركز المشترك للحلقات عند نقطة التلامس. في الضوء المنعكس، يكون المركز مظلمًا، لأنه عندما يكون سمك فجوة الهواء أصغر بكثير من الطول الموجي، فإن فرق الطور للموجات المتداخلة يرجع إلى اختلاف ظروف الانعكاس على السطحين ويكون قريبًا من π . سماكة حالفجوة الهوائية مرتبطة بالمسافة صإلى نقطة الاتصال (الشكل 8.13):

.

هنا يتم استخدام الشرط. عند ملاحظتها على طول الخط الطبيعي، تتوافق الخطوط الداكنة، كما ذكرنا سابقًا، مع السُمك، وكذلك نصف القطر منحصل على الحلقة المظلمة الرابعة

(م = 0, 1, 2, …).

إذا تم تحريك العدسة تدريجيًا بعيدًا عن السطح الزجاجي، فسيتم رسم حلقات التداخل باتجاه المركز. ومع زيادة المسافة، تأخذ الصورة نفس الشكل، حيث أن مكان كل حلقة ستشغله حلقة من الترتيب التالي. باستخدام حلقات نيوتن، كما في تجربة يونغ، من الممكن تحديد الطول الموجي للضوء تقريبًا باستخدام وسائل بسيطة نسبيًا.

يمكن أيضًا ملاحظة خطوط متساوية السماكة باستخدام مقياس تداخل ميشيلسون إذا انحرفت إحدى المرايا z1 أو z2 (الشكل 8.9) بزاوية صغيرة.

لذا، خطوط متساوية الانحدار يتم الحصول عليها عن طريق إضاءة لوحة ذات سمك ثابت () ضوء منتشر, والتي تحتوي على أشعة ذات اتجاهات مختلفة. خطوط متساوية السماكة لوحظ عند إضاءة لوحة ذات سمك متغير(وتد) () شعاع الضوء الموازي. توجد خطوط متساوية السماكة بالقرب من اللوحة.

طلاء البصريات. تُستخدم ظاهرة التداخل لتحسين جودة الأجهزة البصرية والحصول على طبقات عاكسة للغاية. يصاحب مرور الضوء عبر كل سطح انكسار للعدسة انعكاس بنسبة 4٪ من التدفق الساقط (مع معامل انكسار الزجاج 1.5). وبما أن العدسات الحديثة تتكون من عدد كبير من العدسات، فإن عدد الانعكاسات فيها كبير، وبالتالي فإن فقدان تدفق الضوء كبير. للقضاء على هذا وأوجه القصور الأخرى، يتم مسح ما يسمى بالبصريات. للقيام بذلك، يتم تطبيق أغشية رقيقة ذات معامل انكسار أقل من مادة العدسة على الأسطح الحرة للعدسات. عندما ينعكس الضوء من واجهات غشاء الهواء والفيلم الزجاجي، يحدث تداخل للأشعة المنعكسة. يتم تحديد سمك الفيلم d ومؤشرات الانكسار للزجاج والفيلم n بحيث تلغي الموجات المنعكسة بعضها البعض. للقيام بذلك، يجب أن تكون سعاتها متساوية، ويجب أن يكون فرق المسار البصري متساويًا. يوضح الحساب أن سعات الأشعة المنعكسة متساوية إذا. وبما أن فقدان نصف الموجة يحدث على كلا السطحين؛ ومن هنا الشرط الأدنى (يسقط الضوء بشكل طبيعي)

عادة ما يتم قبولها بعد ذلك

نظرًا لأنه من المستحيل تحقيق القمع المتزامن لجميع الأطوال الموجية (يعتمد معامل الانكسار على الطول الموجي)، يتم ذلك بالنسبة للون c (العين هي الأكثر حساسية له). ولذلك، فإن العدسات ذات البصريات المطلية لها لون أحمر مزرق.

مرشحات التدخل.يمكن تحقيق التداخل متعدد المسارات في نظام متعدد الطبقات من الأفلام المتناوبة ذات مؤشرات انكسار مختلفة (ولكن بنفس السُمك البصري). عندما يمر الضوء، ينشأ عدد كبير من الأشعة المتداخلة المنعكسة، والتي، بالنظر إلى السُمك البصري للأفلام، سوف تتكثف بشكل متبادل، أي. يزداد معامل الانعكاس. تُستخدم هذه العاكسات في تكنولوجيا الليزر وتُستخدم أيضًا في إنشاء مرشحات التداخل.

مقاييس التداخل.يتم استخدام ظاهرة التداخل في أدوات قياس دقيقة للغاية - مقاييس التداخل. في التين. يُظهر رسمًا تخطيطيًا لمقياس تداخل ميشيلسون. يسقط شعاع الضوء من المصدر S على صفيحة مغطاة بطبقة رقيقة من الفضة (بسبب أن معامل الانعكاس قريب من 0.5). المسار الإضافي للأشعة المتداخلة واضح من الشكل. على مسار العارضة 1، يتم وضع لوحة تشبه تمامًا، ولكنها ليست مطلية بالفضة. إنه يساوي مسارات الشعاعين 1 و 2 في الزجاج. تمت ملاحظة نمط التداخل باستخدام التلسكوب.

يتوافق نمط التداخل مع التداخل في طبقة الهواء التي تشكلها المرآة والصورة الافتراضية للمرآة في اللوحة الشفافة. وتعتمد طبيعة نمط التداخل على موضع المرايا وعلى انحراف شعاع الضوء الساقط على الجهاز. إذا كانت الحزمة متوازية، وتشكل الطائرات إسفينًا، فسيتم ملاحظة حدود التداخل ذات السماكة المتساوية، والتي تقع بالتوازي مع حافة إسفين الهواء. مع شعاع الضوء المتباين والترتيب المتوازي للطائرات، يتم الحصول على خطوط متساوية الميل، لها شكل حلقات متحدة المركز.

يتكون مقياس التداخل Fabry-Perot من لوحين زجاجيين أو كوارتز متوازيين تفصل بينهما فجوة هوائية (الشكل.). ترتبط شدة الأشعة الخارجة من الجهاز بـ

وبناء على ذلك، ستكون نسب السعة على النحو التالي

تتغير مرحلة التذبذب مع زيادة عدد الحزم بنفس المقدار، ويتحدد ذلك بالاختلاف البصري في مسارات الحزم المجاورة.

عندما يتم تمرير شعاع ضوئي متباين عبر الجهاز، تظهر خطوط متساوية الميل في المستوى البؤري للعدسة، على شكل حلقات متحدة المركز.

تطبيقات مقاييس التداخل متنوعة للغاية. يتم استخدامها لإجراء قياسات دقيقة للطول (حوالي 10 7 أمتار)، وقياسات الزوايا، وتحديد جودة الأجزاء البصرية، ودراسة العمليات السريعة، وما إلى ذلك.

ترجمة الكسندر جدانوف

يحدث تداخل الغشاء الرقيق عندما تتداخل موجات الضوء الساقطة المنعكسة من أعلى وأسفل الفيلم الرقيق مع بعضها البعض لتشكل موجة جديدة. ومن خلال فحص هذه الموجة المنعكسة يمكن الكشف عن معلومات حول السطح الذي انعكست منه مكونات هذه الموجة، بما في ذلك سمك الفيلم أو قيمة معامل الانكسار الفعال لمادة الفيلم. للأغشية الرقيقة العديد من التطبيقات التجارية، بما في ذلك الطلاءات المضادة للانعكاس، والمرايا، والمرشحات الضوئية.

الفيلم الرقيق عبارة عن طبقة من مادة تتراوح سماكتها من دون نانومتر إلى ميكرون. عندما يضرب الضوء سطح الفيلم، فإنه إما يمر عبر السطح العلوي أو ينعكس عنه. يصل الضوء الذي يمر عبر الحد العلوي إلى السطح السفلي ويمكن أن ينكسر أو ينعكس مرة أخرى. توفر معادلات فريسنل وصفًا كميًا لكمية الضوء التي سوف تمر أو تنعكس عند الحدود. سيظهر الضوء المنعكس من الأسطح العلوية والسفلية خصائص التداخل. تعتمد درجة التداخل البناء أو الهدام بين موجتين ضوئيتين على الفرق في مرحلتهما. ويعتمد هذا الاختلاف بدوره على سمك طبقة الفيلم، ومعامل انكسار الفيلم، وزاوية سقوط الموجة الأصلية على الفيلم. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يحدث تحول طور بمقدار 180 درجة أو Pi بالراديان عند الانعكاس عند الحدود، اعتمادًا على نسبة مؤشرات انكسار المواد على جانبي الحدود. يحدث تحول الطور هذا إذا كان معامل انكسار الوسط أقل من معامل انكسار المادة التي يمر (ينتشر) من خلالها الضوء. وبعبارة أخرى، إذا كان ن 1

لنفترض أن الضوء الساقط على طبقة رقيقة ينعكس من الحدين العلوي والسفلي. من الضروري حساب فرق المسار البصري للضوء المنعكس لتحديد حالة التداخل.

قد تتغير هذه الحالة بعد النظر في التحولات الطورية المحتملة التي تحدث أثناء التأمل.

إذا كان الضوء الساقط أحادي اللون، فإن أنماط التداخل تظهر على شكل خطوط فاتحة وداكنة. تتوافق الخطوط الضوئية مع المناطق التي يحدث فيها التداخل البناء بين الموجات المنعكسة، وتتوافق الخطوط الداكنة مع مناطق التداخل المدمر. مثلما يختلف سمك الفيلم من مكان إلى آخر، يمكن أن يختلف التداخل من بناء إلى مدمر. ومن الأمثلة الجيدة على هذه الظاهرة "حلقات نيوتن" التي توضح نمط التداخل الذي يحدث عندما ينعكس الضوء من سطح كروي مجاور لسطح مستو.

إذا كان الضوء الساقط واسع النطاق، أو أبيض، مثل ضوء الشمس، تظهر أنماط التداخل كخطوط ملونة. تخلق الأطوال الموجية المختلفة للضوء تداخلًا بناءًا لسمك الفيلم المختلف. تظهر أقسام مختلفة من الفيلم بألوان مختلفة اعتمادًا على سمك الفيلم المحلي.