Жұқа қабықшалардағы жарықтың интерференциясы. Бірдей көлбеу және бірдей қалыңдықтағы жолақтар. Ньютон сақиналары. Интерференцияның практикалық қолданылуы. Жарық кедергісін қолдану Жұқа пленка арқылы жарық кедергісін орындау

Бірдей бейімді интерференциялық жиектер. Жұқа пленка жарықтандырылған кезде, пленканың алдыңғы және артқы беттерінен шағылысқан бір көзден толқындардың суперпозициясы пайда болады. Бұл жарық кедергісін тудыруы мүмкін. Егер жарық ақ болса, интерференциялық жолақтар түсті болады. Қабырғалардағы интерференцияны сабын көпіршіктерінің қабырғаларында, су бетінде қалқып жүрген майдың немесе мұнайдың жұқа қабықшаларында, металдардың немесе айналардың бетінде пайда болатын пленкалардан байқауға болады.

Алдымен сыну көрсеткіші бар қалыңдығы жазық-параллель пластинаны қарастырайық (2.11-сурет). Пластинаға жазық жарық толқыны түссін, оны сәулелердің параллель шоғы ретінде қарастыруға болады. Пластина екі параллель жарық сәулесін жоғары қарай лақтырады, олардың біреуі пластинаның үстіңгі бетінен шағылысу нәтижесінде, екіншісі - төменгі бетінен шағылысу нәтижесінде пайда болды. Бұл сәулелердің әрқайсысы суретте көрсетілген. 2.11 тек бір сәулемен.

Пластинаға кіру және шығу кезінде 2-сәулелік сыну әсерінен өтеді. Сонымен қатар екі арқалық және , пластина үш-, бес- және т.б. нәтижесінде пайда болатын арқалықтарды жоғары лақтырады. пластина беттерінен бірнеше рет шағылысу. Дегенмен, олардың төмен қарқындылығына байланысты оларды елемеуге болады.

Пластинадан шағылған сәулелердің интерференциясын қарастырайық. Пластинкаға жазық толқын түсетіндіктен, бұл толқынның алдыңғы жағы 1 және 2 сәулелерге перпендикуляр жазықтық. Суретте. 2.11 BC түзу сызығы толқындық фронттың фигураның жазықтығымен кесіндісін көрсетеді. 1 және 2 сәулелер С нүктесінде жинақталғанға дейін алған оптикалық жол айырмасы болады

,

(2.13)

мұндағы BC кесіндісінің ұзындығы, ал AO және OS кесінділерінің жалпы ұзындығы. Пластинаны қоршап тұрған ортаның сыну көрсеткіші бірлікке тең деп есептеледі. Суреттен. 2.11 бұл анық , . Осы өрнектерді (2.13) орнына қойсақ, болады. Жарықтың сыну заңын қолданайық: ; және мынаны ескерсек, онда жол айырмасы үшін келесі өрнекті аламыз: .

Сәулелердегі тербелістер арасындағы фазалар айырмасын есептеген кезде және оптикалық жол айырмасына қосымша D, С нүктесінде шағылысу кезінде фазаның өзгеру мүмкіндігін ескеру қажет. С нүктесінде толқын шағылысады. оптикалық тығыздығы аз орта мен оптикалық тығыз орта арасындағы интерфейс. Сондықтан толқынның фазасы р өзгереді. Нүктеде шағылысу оптикалық тығыз орта мен оптикалық тығыздығы аз орта арасындағы интерфейстен орын алады және бұл жағдайда фазалық секіріс болмайды. Сапалы түрде мұны келесідей елестетуге болады. Егер пластинаның қалыңдығы нөлге ұмтылса, онда оптикалық жол айырымы үшін алынған формула -ны береді. Сондықтан, сәулелерді қабаттастыру кезінде тербелістер артуы керек. Бірақ бұл мүмкін емес, өйткені шексіз жұқа пластина жарықтың таралуына мүлдем әсер ете алмайды. Сондықтан пластинаның алдыңғы және артқы беттерінен шағылған толқындар интерференция кезінде бір-бірін жоюы керек. Олардың фазалары қарама-қарсы болуы керек, яғни оптикалық жол айырымы D кезінде г→0 -ге бейім болуы керек. Сондықтан D үшін алдыңғы өрнекке қосу немесе азайту керек, мұнда λ 0 – вакуумдағы толқын ұзындығы. Нәтиже:

.

(2.14)

Сонымен, пластинаға жазық толқын түскенде екі шағылған толқын пайда болады, олардың жол айырымы (2.14) формуласымен анықталады. Бұл толқындар оптикалық жол айырмашылығы когеренттілік ұзындығынан аспаса, кедергі жасай алады. Күн радиациясына қойылатын соңғы талап пластинаны жарықтандыру кезіндегі кедергі тек пластинаның қалыңдығы миллиметрдің жүзден бірнеше бөлігінен аспайтын жағдайда ғана байқалатынына әкеледі.

Практикада жазық-параллель пластинадан кедергі линзаның фокустық жазықтықта орналасқан экран нүктелерінің бірінде сәулелерді жинайтын шағылысқан сәулелердің жолына линзаны қою арқылы байқалады. Бұл нүктедегі жарықтандыру оптикалық жол айырмашылығына байланысты. -де максималды аламыз, ал кезінде - интенсивтіліктің минимумдарын аламыз. Демек, қарқындылық максимумының шарты келесі түрге ие болады:

,

(2.15)

және минимумдар:

.

(2.16)

Бұл қатынастар шағылған жарық үшін алынады.

Жіңішке жазық параллель пластина шашыраңқы монохроматикалық жарықпен жарықтандырылсын. Пластинкаға параллель линзаны орналастырайық, оның фокустық жазықтығына экранды орналастырамыз (2.12-сурет). Шашыраған жарықта әртүрлі бағыттағы сәулелер бар. Үлгі жазықтығына параллель және пластинаға бұрышпен түсетін сәулелер пластинаның екі бетінен шағылысудан кейін линза бір нүктеде жиналады және осы нүктеде оптикалық жолдың мәнімен анықталатын жарықтандыруды жасайды. айырмашылық. Басқа жазықтықта келетін, бірақ пластикке бірдей бұрышпен түсетін сәулелерді линзалар экранның ортасынан нүктемен бірдей қашықтықта орналасқан басқа нүктелерде жинайды. Барлық осы нүктелердегі жарықтандыру бірдей болады. Осылайша, пластинаға бірдей бұрышпен түсетін сәулелер экранда центрі О нүктесінде болатын шеңберде орналасқан бірдей жарықтандырылған нүктелер жиынтығын жасайды. Сол сияқты, әртүрлі бұрышпен түскен сәулелер экранда бірдей жарықтандырылған нүктелер жиынтығын жасайды. әр түрлі радиустағы шеңберде орналасқан жарықтандырылған нүктелер . Бірақ бұл нүктелердің жарықтандыруы әртүрлі болады, өйткені олар басқа оптикалық жол айырмашылығына сәйкес келеді.

Нәтижесінде экранда ортасы О нүктесінде болатын ауыспалы күңгірт және ашық дөңгелек жолақтар пайда болады. Сондықтан бұл жағдайда пайда болатын интерференциялық жолақтарды тең көлбеу жиектер деп атайды.

(2.15) сәйкес интенсивтілік максимумының орны толқын ұзындығына байланысты, сондықтан ақ жарықта әртүрлі түсті сәулелерден құралған бір-біріне қатысты ығысқан жолақтар жинағы алынады және интерференциялық үлгі алады. кемпірқосақ түсі.

Бірдей көлбеу жиектерді байқау үшін экран объективтің фокустық жазықтығында орналасуы керек, өйткені ол объектілерді шексіздікте алу үшін орналастырылған. Сондықтан олар тең көлбеу жолақтардың шексіздікте локализацияланғанын айтады. Линзаның рөлін көздің линзасы, ал экранның рөлін торлы қабық атқара алады.

Бірдей қалыңдықтағы интерференциялық жиектер.Енді сына тәрізді табақты алайық. Оған параллель сәулелер шоғы түссін (2.13-сурет). Бірақ енді пластинаның әртүрлі беттерінен шағылған сәулелер параллель болмайды.
Екі дерлік біріктіретін сәулелер пластинаға құлағанға дейін шағылысқаннан кейін сынаның жоғарғы және төменгі беттерінен қиылысады. Шағылысқаннан кейін іс жүзінде қосылатын екі сәуле нүктеде қиылысады. Нүктелері мен сына төбесінен өтетін бір жазықтықта жататынын көрсетуге болады ТУРАЛЫ.

Экранды орналастырсаңыз Енүктелер арқылы өтетіндей етіп, экранда интерференция үлгісі пайда болады. Сынаның кішкене бұрышында оның үстіңгі және төменгі беттерінен шағылған сәулелердің жолындағы айырмашылық формула бойынша жеткілікті дәлдікпен есептелуі мүмкін. жазық параллель пластина үшін алынған, оған сәулелер түсетін жердегі сынаның қалыңдығы ретінде алынады. Сынаның әртүрлі бөліктерінен шағылысқан сәулелердің жолындағы айырмашылық енді тең емес болғандықтан, жарықтандыру біркелкі болмайды - экранда ашық және қара жолақтар пайда болады. Бұл жолақтардың әрқайсысы қалыңдығы бірдей сына бөліктерінен шағылысу нәтижесінде пайда болады, нәтижесінде олар бірдей қалыңдықтағы жолақтар деп аталады.

Осылайша, жазық толқынның сынадан шағылуынан туындайтын интерференциялық үлгі сына бетіне жақын белгілі бір аймақта локализацияланған болып шығады. Сынаның жоғарғы жағынан алыстаған сайын, оптикалық жол айырмашылығы артады, ал интерференция үлгісі барған сайын айқынырақ болады.

Күріш. 2.14

Ақ жарықта байқалған кезде жолақтар түсті болады, осылайша пластинаның беті кемпірқосақ түсті болады. Нақты жағдайларда, мысалы, сабын пленкасындағы кемпірқосақ түстерін бақылағанда, сәулелердің түсу бұрышы да, қабықшаның қалыңдығы да өзгереді. Бұл жағдайда аралас типтегі жолақтар байқалады.

Сабын ерітіндісіне батырылған жалпақ сым жақтауында бірдей қалыңдықтағы жолақтарды оңай байқауға болады. Оны жабатын сабын пленкасы пленканың әртүрлі беттерінен шағылған толқындардың интерференциясы нәтижесінде пайда болатын көлденең интерференциялық жиектермен жабылған (2.14-сурет). Уақыт өте келе сабын ерітіндісі ағып, кедергі жиектері төмен қарай жылжиды.

Егер сіз сфералық сабын көпіршігінің әрекетін бақылайтын болсаңыз, оның бетінің түрлі-түсті сақиналармен жабылғанын, оның негізіне қарай баяу сырғып жатқанын оңай табасыз. Сақиналардың ығысуы көпіршік қабырғаларының бірте-бірте жұқарғанын көрсетеді.

Ньютон сақиналары

Бірдей қалыңдықтағы жолақтардың классикалық мысалы - Ньютон сақиналары. Олар бір-бірімен жанасатын қисықтық радиусы үлкен жазық-дөңес линза мен жазық-параллель шыны пластинадан жарық шағылған кезде байқалады (2.15-сурет). Бетінен толқындар шағылысатын жұқа пленка рөлін пластина мен линза арасындағы ауа саңылауы атқарады (пластинка мен линзаның үлкен қалыңдығына байланысты басқа заттардың шағылысуынан интерференциялық жиектер пайда болмайды). беттер). Жарықтың қалыпты түсуімен бірдей қалыңдықтағы жолақтар көлбеу жарықпен шеңберге ұқсайды, олар эллипстерге ұқсайды;

Жарық пластинкаға қалыпты түскенде алынған Ньютон сақиналарының радиустарын табайық. Бұл жағдайда және . Суреттен. 2.15 , мұндағы линзаның қисықтық радиусы, барлық нүктелері бірдей саңылауға сәйкес келетін шеңбердің радиусы екені анық. Мәнді елемеуге болады, содан кейін . Пластинадан шағылысу кезінде пайда болатын фазаның p-қа өзгеруін есепке алу үшін жол айырмасын қосу керек: , яғни пластина мен линзаның жанасу нүктесінде минималды қарқындылық байқалады жарық толқыны пластинадан шағылған кезде фазаның p-қа өзгеруі.

Күріш. 2.16

Суретте. 2.16-суретте Ньютонның интерференциялық сақиналарының қызыл және жасыл жарықтағы көрінісі көрсетілген. Қызыл жарықтың толқын ұзындығы жасыл жарыққа қарағанда ұзағырақ болғандықтан, қызыл жарықта сақиналардың радиустары жасыл жарықта бірдей саны бар сақиналардың радиустарынан үлкен болады.

Егер Ньютонның қондырғысында линза өзіне параллель жоғары қарай жылжытылса, онда ауа саңылауының қалыңдығының ұлғаюына байланысты тұрақты жол айырмашылығына сәйкес келетін әрбір шеңбер суреттің ортасына қарай жиырылады. Орталыққа жеткенде интерференциялық сақина шеңберге айналады, линза ары қарай жылжыған сайын жоғалады. Осылайша, суреттің ортасы кезекпен ашық және қараңғы болады. Бұл кезде көру өрісінің шеткі бөлігінде жаңа интерференциялық сақиналар пайда болады және олардың әрқайсысы суреттің ортасында жоғалғанша орталыққа қарай жылжиды. Объектив жоғары қарай үздіксіз қозғалған кезде, кедергінің ең төменгі ретті сақиналары жоғалып, жоғары ретті сақиналар пайда болады.

Мысал
Оптикалық жабын

Оптиканы жабу оптикалық бөліктердің беттерінің шағылысуын азайту үшін оларға бір немесе бірнеше сіңірмейтін қабықшаларды қолдану арқылы жасалады. Шағылысқа қарсы пленкаларсыз жарықтың шағылысуынан болатын шығындар өте үлкен болуы мүмкін. Күрделі линзалар сияқты беттері көп жүйелерде жарық жоғалту 70% немесе одан да көп болуы мүмкін, бұл осындай оптикалық жүйелермен жасалған кескіндердің сапасын нашарлатады. Бұл жұқа қабықшалардағы интерференцияның ең маңызды қолданбаларының бірі болып табылатын оптиканы тазарту арқылы жойылуы мүмкін.

Оптикалық бөлікке түсірілген пленканың алдыңғы және артқы беттерінен жарық шағылысқан кезде, шағылған жарық интерференция нәтижесінде минималды интенсивтілікті тудырады, демек, жіберілетін жарық сол толқын ұзындығы үшін максималды қарқындылыққа ие болады. Жарықтың қалыпты түсуінде, егер жұқа қабықтың қалыңдығы пленка материалындағы жарық толқын ұзындығының төрттен бір тақ санына тең болса, әсер максималды болады. Шынында да, бұл жағдайда шағылысу кезінде толқын ұзындығының жартысының жоғалуы болмайды, өйткені пленканың жоғарғы және төменгі беттерінде толқын оптикалық тығыздығы азырақ және оптикалық тығызырақ орта арасындағы интерфейстен көрінеді. Демек, максималды қарқындылық шарты пішінді алады . Осы жерден аламыз .

Антирефлексия пленкасының қалыңдығын өзгерту арқылы ең аз шағылуды спектрдің әртүрлі бөліктеріне ауыстыруға болады.

Біз көбінесе жұқа қабықшалардың иридесценттік бояуын байқаймыз, мысалы, судағы май қабықшалары, металдардағы оксидті қабықшалар, олар қабықтың екі бетімен шағылысқан жарықтың интерференциясы нәтижесінде пайда болады.

Жұқа пленкаларға кедергі

Сыну көрсеткіші n, қалыңдығы b болатын жазық параллель жұқа тақтаны қарастырайық. Мұндай пленкаға жазық монохроматикалық толқын бұрышпен түссін (бұл бір сәуле деп есептейік) (1-сурет). Мұндай пленканың бетінде қандай да бір А нүктесінде сәуле бөлінеді. Ол пленканың үстіңгі бетінен жартылай шағылысып, жартылай сынған. Сынған сәуле В нүктесіне жетеді, ауаға жартылай сынады (ауаның сыну көрсеткіші бірге тең), жартылай шағылып, С нүктесіне барады. Енді ол қайтадан жартылай шағылып, сынады және ауаға шығады. бұрыш. Қабықшадан шығатын сәулелер (1 және 2) когерентті болады, егер олардың оптикалық жолының айырмашылығы түскен толқынның когеренттілік ұзындығымен салыстырғанда аз болса. Егер (1 және 2) сәулелер жолына жинақтаушы линза қойылса, олар қандай да бір D нүктесінде (линзаның фокустық жазықтығында) жинақталады. Бұл жағдайда кедергі жасайтын сәулелердің жолындағы оптикалық айырмашылықпен анықталатын интерференция үлгісі пайда болады.

А нүктесінен СЕ жазықтығына дейінгі қашықтықты жүріп өткенде сәулелерде пайда болатын 1 және 2 сәулелердің жолындағы оптикалық айырмашылық мынаған тең:

онда пленка вакуумда болады деп есептейміз, сондықтан сыну көрсеткіші . Мәннің пайда болуы медиа интерфейсінен жарық шағылысқан кезде толқын ұзындығының жартысын жоғалтуымен түсіндіріледі. title=" QuickLaTeX.com арқылы көрсетілген" 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:!}

пленка ішіндегі түсу бұрышы қайда. Дәл сол суреттен мыналар шығады:

Қарастырылып отырған жағдай үшін сыну заңы мынаны ескерейік:

Толқын ұзындығының жартысын жоғалтуды ескере отырып:

Тақырып = " QuickLaTeX.com арқылы көрсетілген" height="14" width="54" style="vertical-align: -3px;">, получим:!}

Кедергі максимумдарының шартына сәйкес D нүктесінде максимумды байқаймыз, егер:

Минималды қарқындылық қарастырылып отырған нүктеде байқалады, егер:

Интерференциялық құбылысты пленка қалыңдығы екі есе аз түсетін толқынның когеренттілік ұзындығынан кем болған жағдайда ғана байқауға болады.

(8) және (9) өрнектер пленкалардағы интерференциялық үлгі пленка қалыңдығымен (біз үшін b), түскен жарықтың толқын ұзындығымен, қабықша затының сыну көрсеткішімен және түсу бұрышымен () анықталатынын көрсетеді. . Көрсетілген параметрлер үшін сәулелердің әрбір еңісі () өзінің интерференциялық жиегіне сәйкес келеді. Қабықшаға бірдей бұрыштарда түсетін сәулелердің интерференциясы нәтижесінде пайда болатын жолақтар тең көлбеу жолақтар деп аталады.

Есептерді шешу мысалдары

МЫСАЛ 1

Жаттығу	Интерференция нәтижесінде одан шағылысқан толқын ұзындығы m жарық максималды күшеюі үшін ауадағы сабын қабықшасының (сыну көрсеткіші) минималды қалыңдығы қандай болуы керек? Жарық пленкаға қалыпты түрде түседі делік.
Шешім	Есепті шешу үшін негіз ретінде біз осы бөлімнің теориялық бөлігінде алған формуланы қолданамыз. Максималды кедергі келесі жағдайларда байқалады: мұндағы m=1, пленканың минималды қалыңдығы үшін. Есептің шарты бойынша пленка бетіне жарық нормаль бойымен түсетінін ескерейік, яғни қосымша (1.1) өрнекте, алдына қосу белгісін қою арқылы, атап өтейік. сабын қабықшасының сыну көрсеткіші ауаның сыну көрсеткішінен үлкен екенін ескердік. Осылайша, (1.1) формуладан мынаны аламыз: b өрнектесек, бізде: Есептеулерді жасайық:
Жауап	м

Жарық интерференциясы амплитудалық бөлу әдісіэксперименттерге қарағанда көп жағынан бақылау оңайырақ толқындық фронт бөлімі. Бұл әдісті қолданудың бір жолы Павелдің тәжірибесі .

Өріс тәжірибесінде S көзінен түсетін жарық жұқа мөлдір жазық параллель пластинаның екі бетімен шағылысады (8.7-сурет).

Кез келген жерде П, пластинаның көзімен бір жағында орналасқан, екі сәуле келеді. Бұл сәулелер интерференция үлгісін құрайды.

Жолақтардың түрін анықтау үшін, сіз сәулелердің виртуалды кескіндерден шыққанын елестете аласыз С 1 және С 2 дереккөз С, пластинаның беттері арқылы жасалған. Пластинаға параллель орналасқан қашықтағы экранда интерференциялық жиектер көз арқылы өтетін пластинаға перпендикуляр орталықтары бар концентрлік сақиналар түрінде болады. С. Бұл тәжірибе көз өлшеміне азырақ қатаң талаптар қояды Сжоғарыда қарастырылған эксперименттерге қарағанда. Сондықтан бұл мүмкін Сайтарлықтай жарық ағынын қамтамасыз ететін шағын тесігі бар қосалқы экрансыз сынап шамын қолданыңыз. Слюда парағын (қалыңдығы 0,03 - 0,05 мм) пайдалану арқылы сіз тікелей аудиторияның төбесі мен қабырғаларында жарқын интерференциялық үлгіні ала аласыз. Пластина неғұрлым жұқа болса, интерференциялық үлгінің масштабы соғұрлым үлкен болады, яғни. жолақтар арасындағы үлкен қашықтық.

Тең көлбеу жолақтар

Жазық-параллель пластинаның екі бетімен шағылған жарық интерференциясының ерекше жағдайы, бақылау нүктесі болған кезде ерекше маңызды. Пшексіздікте, яғни. бақылау не шексіздікке орналастырылған көзбен, не жинағыш линзаның фокустық жазықтығында орналасқан экранда жүзеге асырылады (8.8-сурет).

Бұл жағдайда екі сәуле де келеді СКімге П, бір түскен сәулемен генерацияланған және пластинаның алдыңғы және артқы беттерінен шағылысқаннан кейін бір-біріне параллель болады. Бір нүктедегі олардың арасындағы оптикалық жол айырмашылығы Пжелідегі сияқты DC:

Мұнда n– пластина материалының сыну көрсеткіші. Пластинаның үстінде ауа бар деп болжанады, яғни. . Өйткені , (h– пластинаның қалыңдығы, және – үстіңгі жақтың түсу және сыну бұрыштары; ), онда жол айырмасы үшін аламыз

Френель формулаларына сәйкес пластинаның үстіңгі бетінен толқын шағылған кезде оның фазасы π-ге өзгеретінін де ескеру қажет. Сондықтан нүктедегі бүктелген толқындардың фазалар айырымы δ Птең:

,

вакуумдегі толқын ұзындығы қайда.

Соңғы формулаға сәйкес, жеңіл жолақтар олар үшін орындарда орналасқан , Қайда м – кедергі тәртібі. Осы интерференция тәртібіне сәйкес жолақ пластинаға өте нақты α бұрышында түскен жарықтың әсерінен пайда болады. Сондықтан мұндай жолақтар деп аталады кедергі тең көлбеу жолақтар . Объектив осі пластинаға перпендикуляр орналасса, жиектер центрінде фокуста болатын концентрлі сақиналар түрінде болады, ал суреттің ортасында интерференция реті максималды болады.

Бірдей көлбеу жолақтарды тек шағылысқан жарықта ғана емес, сонымен қатар пластина арқылы өтетін жарықта да алуға болады. Бұл жағдайда сәулелердің бірі түзу өтеді, ал екіншісі пластинаның ішкі жағында екі рет шағылысқаннан кейін өтеді. Дегенмен, жолақтардың көрінуі төмен.

Бірдей көлбеу жолақтарды байқау үшін жазық параллель пластинаның орнына оны пайдалану ыңғайлы Мишельсон интерферометрі (8.9-сурет). Мишельсон интерферометрінің тізбегін қарастырайық: z1 және z2 айналар. Мөлдір айна күмістелген және сәулені екі бөлікке бөледі - 1 және 2 сәуле. Пластиналар өлшемдері бойынша бірдей. екінші сәуленің жолындағы айырмашылықты өтеу үшін орнатылады. Сәулелер когерентті және интерференциялық.

Сынадан келетін кедергі. Бірдей қалыңдықтағы жолақтар

Біз интерференциялық тәжірибелерді қарастырдық, онда жарық толқынының амплитудасының көзден бөлінуі жазық-параллель пластинаның беттерінде жартылай шағылу нәтижесінде пайда болды. Ұзартылған көзі бар локализацияланған жолақтарды басқа жағдайларда да байқауға болады. Жеткілікті жұқа пластина немесе пленка үшін (беттері параллель және жалпы тегіс болуы міндетті емес) шағылыстыратын бетке жақын орналасқан интерференция үлгісін байқауға болады. Осы шарттарда пайда болатын жолақтар деп аталады бірдей қалыңдықтағы жолақтар . Ақ жарықта интерференциялық жолақтар түсті болады. Сондықтан бұл құбылыс деп аталады жұқа пленкалардың түстері. Оны сабын көпіршіктерінен, су бетінде қалқып жүрген майдың немесе бензиннің жұқа қабықшаларынан, қатаю кезінде металдардың бетінде пайда болатын оксидтер қабықшаларынан және т.б.

Айнымалы қалыңдықтағы пластиналардан (сынадан) алынған интерференция үлгісін қарастырайық.

Сынаның жоғарғы және төменгі шекарасынан шағылған жарық толқынының таралу бағыттары сәйкес келмейді. Шағылған және сынған сәулелер кездеседі, сондықтан сынадан шағылған кезде интерференциялық үлгіні линзаны пайдаланбай-ақ байқауға болады, егер экран сәулелердің қиылысу нүктелерінің жазықтығына орналастырылса (көз линзасы қажет жазықтықта орналасады) .

Интерференция тек сынаның 2-ші аймағында ғана байқалады, өйткені 1-ші аймақта оптикалық жолдың айырмашылығы когеренттілік ұзындығынан үлкен болады.

Нүктелер мен экрандағы кедергілердің нәтижесі белгілі формуламен анықталады , оған сәуленің түсу нүктесіндегі пленканың қалыңдығын (немесе ) ауыстыру. Жарық параллель болуы керек (): егер екі параметр бір уақытта өзгерсе бжәне α болса, онда тұрақты интерференция үлгісі болмайды.

Сынаның әртүрлі бөліктерінен шағылған сәулелердің жолындағы айырмашылық тең емес болғандықтан, экранның жарықтандыруы біркелкі болмайды және экранда күңгірт және ашық жолақтар болады (немесе ақ жарықпен жарықтандырылған кезде боялған, мысалы 8.11-суретте көрсетілген). Бұл жолақтардың әрқайсысы қалыңдығы бірдей сына бөліктерінен шағылысу нәтижесінде пайда болады, сондықтан олар деп аталады. бірдей қалыңдықтағы жолақтар .

Суретте. 8.12-суретте екі шыны пластина қыстырылған жақтау көрсетілген. Олардың біреуі сәл дөңес, сондықтан пластиналар бір жерде бір-біріне тиіп тұрады. Және осы кезде біртүрлі нәрсе байқалады: оның айналасында сақиналар пайда болады. Орталықта олар дерлік боялмаған, сәл әрі қарай кемпірқосақтың барлық түстерімен жарқырайды, ал шетіне қарай олар түс қанықтылығын жоғалтады, солып, жоғалады.

Қазіргі оптиканың негізін салған тәжірибе 17 ғасырда осылай көрінеді. Ньютон бұл құбылысты егжей-тегжейлі зерттеп, сақиналардың орналасуы мен түсінің заңдылықтарын ашты, сонымен қатар оларды жарықтың корпускулалық теориясы негізінде түсіндірді.

Сақина бірдей қалыңдықтағы жолақтар, шағын қисықтық линзаның дөңес сфералық беті мен жанасатын шынының жазық беті арасындағы ауа саңылауында байқалады.(8.13-сурет), шақырды Ньютон сақиналары.

Сақиналардың ортақ орталығы жанасу нүктесінде орналасқан. Шағылған жарықта орталық қараңғы болады, өйткені ауа саңылауының қалыңдығы толқын ұзындығынан әлдеқайда аз болғанда, кедергі жасайтын толқындардың фазалық айырмашылығы екі беттегі шағылысу жағдайларының айырмашылығына байланысты және π-ге жақын болады. . Қалыңдық hауа саңылауы қашықтыққа байланысты rжанасу нүктесіне дейін (8.13-сурет):

.

Мұнда шарт қолданылады. Қалыпты бойымен байқалған кезде, қараңғы жолақтар, жоғарыда айтылғандай, қалыңдығына сәйкес келеді, сондықтан радиус үшін мбіз қара сақинаны аламыз

(м = 0, 1, 2, …).

Егер линза әйнек бетінен біртіндеп алыстаса, интерференциялық сақиналар ортаға қарай тартылады. Қашықтық ұлғайған сайын сурет бірдей пішінге ие болады, өйткені әрбір сақинаның орнын келесі ретті сақина алады. Янг тәжірибесіндегідей Ньютон сақиналарын қолдана отырып, салыстырмалы түрде қарапайым құралдардың көмегімен жарықтың толқын ұзындығын шамамен анықтауға болады.

Егер z1 немесе z2 айналарының бірі (8.9-сурет) кіші бұрышпен ауытқыған болса, бірдей қалыңдықтағы жолақтарды Мишельсон интерферометрінің көмегімен де байқауға болады.

Сонымен, тең көлбеу жолақтар тұрақты қалыңдықтағы пластинаны жарықтандыру арқылы алынған () диффузиялық жарық, құрамында әртүрлі бағыттағы сәулелер бар. Бірдей қалыңдықтағы жолақтар қалыңдығы өзгермелі пластинаны жарықтандыру кезінде байқалады(сына) () параллель жарық шоғы. Пластинаның жанында бірдей қалыңдықтағы жолақтар локализацияланған.

Оптикалық жабын. Кедергі құбылысы оптикалық құрылғылардың сапасын жақсарту және шағылыстырғыштығы жоғары жабындарды алу үшін қолданылады. Линзаның әрбір сыну бетінен жарықтың өтуі түскен ағынның 4% шағылуымен (әйнек сыну көрсеткіші 1,5) жүреді. Қазіргі линзалар көптеген линзалардан тұратындықтан, олардағы шағылысулар саны көп, сондықтан жарық ағынының жоғалуы үлкен. Осы және басқа да кемшіліктерді жою үшін оптика деп аталатындар тазартылады. Ол үшін линзалардың бос беттеріне линза материалынан төмен сыну көрсеткіші бар жұқа қабықшалар қолданылады. Жарық ауа-пленка және пленка-әйнек интерфейстерінен шағылған кезде, шағылған сәулелердің интерференциясы пайда болады. Қабық қалыңдығы d және шыны мен пленканың сыну көрсеткіштері n шағылысқан толқындар бірін-бірі жоққа шығаратындай етіп таңдалады. Ол үшін олардың амплитудалары тең, ал оптикалық жол айырмасы тең болуы керек. Есеп шағылған сәулелердің амплитудалары тең болатынын көрсетеді, егер. Өйткені, жарты толқынның жоғалуы екі бетінде де болады; сондықтан минималды жағдай (жарық қалыпты түседі)

Әдетте ол кезде қабылданады

Барлық толқын ұзындықтары үшін бір уақытта басуға қол жеткізу мүмкін болмағандықтан (сыну көрсеткіші толқын ұзындығына байланысты), бұл c түсі үшін жасалады (көз оған ең сезімтал). Сондықтан қапталған оптикасы бар линзалар көкшіл-қызыл реңкке ие.

Кедергі сүзгілері.Көп жолды кедергіге әртүрлі сыну көрсеткіштері бар (бірақ бірдей оптикалық қалыңдығы) ауыспалы пленкалардың көп қабатты жүйесінде қол жеткізуге болады. Жарық өткен кезде көптеген шағылысқан интерференциялық сәулелер пайда болады, олар пленкалардың оптикалық қалыңдығын ескере отырып, өзара күшейеді, яғни. шағылысу коэффициенті артады. Мұндай рефлекторлар лазерлік технологияда қолданылады, сонымен қатар кедергі сүзгілерін жасау үшін қолданылады.

Интерферометрлер.Интерференция құбылысы өте дәл өлшеу құралдарында – интерферометрлерде қолданылады. Суретте. Мишельсон интерферометрінің диаграммасын көрсетеді. S көзінен шыққан жарық шоғы жұқа күміс қабатымен қапталған пластинкаға түседі (оның арқасында шағылысу коэффициенті 0,5-ке жақын). Интерференциялық сәулелердің одан әрі жолы суреттен анық көрінеді. 1-сәуленің жолында дәл осындай, бірақ күмістелмеген пластина қойылады. Ол шыныдағы 1 және 2 сәулелердің жолдарын теңестіреді. Интерференция үлгісі телескоптың көмегімен байқалады.

Интерференциялық үлгі айнадан құралған ауа қабатындағы интерференцияға және мөлдір пластинадағы айнаның виртуалды бейнесіне сәйкес келеді. Интерференциялық үлгінің сипаты айналар орналасуына және құрылғыға түсетін жарық сәулесінің алшақтығына байланысты. Егер сәуле параллель болса және жазықтықтар сына түзсе, онда ауа сынасының шетіне параллель орналасқан бірдей қалыңдықтағы интерференциялық жиектер байқалады. Жарық сәулесінің шашырауымен және жазықтықтардың параллель орналасуымен концентрлік сақиналар пішініне ие тең көлбеу жолақтар алынады.

Фабри-Перот интерферометрі ауа саңылауы арқылы бөлінген екі параллельді шыны немесе кварц пластиналарынан тұрады (сурет). Құрылғыдан шығатын сәулелердің қарқындылығы келесідей байланысты

Сәйкесінше, амплитудалық коэффициенттер келесідей болады

Сәулесі өскен сайын тербеліс фазасы іргелес сәулелердің жолдарындағы оптикалық айырмашылықпен анықталатын бірдей шамаға өзгереді.

Құрылғы арқылы диверсиялық жарық шоғы өткен кезде линзаның фокустық жазықтығында концентрлік сақиналар түрінде бірдей көлбеу жолақтар пайда болады.

Интерферометрлердің қолданылуы өте алуан түрлі. Олар дәл (шамамен 10 7 м) ұзындықты өлшеуге, бұрышты өлшеуге, оптикалық бөлшектердің сапасын анықтауға, жылдам процестерді зерттеуге және т.б.

Александр Ждановтың аудармасы

Жұқа қабықшаның интерференциясы жұқа қабықшаның үстіңгі және астыңғы жағынан шағылысқан түскен жарық толқындары бір-біріне кедергі жасап, жаңа толқын түзгенде пайда болады. Осы шағылған толқынды зерттей отырып, бұл толқынның құрамдас бөліктері шағылған бет туралы ақпаратты, соның ішінде қабықтың қалыңдығын немесе пленка материалының тиімді сыну көрсеткішінің мәнін анықтауға болады. Жұқа пленкалардың көптеген коммерциялық қолданбалары бар, соның ішінде шағылысқа қарсы жабындар, айналар және оптикалық сүзгілер.

Жұқа пленка - қалыңдығы субнанометрден микронға дейінгі материал қабаты. Жарық пленка бетіне түскенде, ол үстіңгі бетінен өтеді немесе шағылысады. Жоғарғы шекарадан өткен жарық төменгі бетке жетеді және қайтадан сынуы немесе шағылысуы мүмкін. Френель теңдеулері шекарада қанша жарық өтетінін немесе шағылатынын сандық сипаттайды. Үстіңгі және астыңғы беттерден шағылған жарық кедергілік қасиеттерді көрсетеді. Екі жарық толқындары арасындағы конструктивті немесе деструктивті кедергілердің дәрежесі олардың фазаларының айырмашылығына байланысты. Бұл айырмашылық, өз кезегінде, пленка қабатының қалыңдығына, пленканың сыну көрсеткішіне және пленкаға бастапқы толқынның түсу бұрышына байланысты. Сонымен қатар, шекараның екі жағындағы материалдардың сыну көрсеткіштерінің қатынасына байланысты шекарада шағылысу кезінде радиандағы 180° немесе Pi фазалық ығысу болуы мүмкін. Бұл фазалық ығысу ортаның сыну көрсеткіші жарық өтетін (таралатын) материалдың сыну көрсеткішінен аз болса болады. Басқаша айтқанда, егер n 1

Жұқа пленкаға түсетін және жоғарғы және төменгі шекаралардан шағылысқан жарықты қарастырыңыз. Интерференция жағдайын анықтау үшін шағылған жарықтың оптикалық жолының айырмашылығын есептеу керек.

Бұл жағдай рефлексия кезінде орын алатын ықтимал фазалық ығысуларды қарастырғаннан кейін өзгеруі мүмкін.

Түскен жарық монохроматикалық болса, интерференциялық үлгілер ашық және күңгірт жолақтар түрінде пайда болады. Ашық жолақтар шағылысқан толқындар арасында конструктивті кедергі болатын аймақтарға, ал күңгірт жолақтар деструктивті кедергі аймақтарына сәйкес келеді. Пленка қалыңдығы бір жерден екінші жерге өзгеретіні сияқты, кедергі де конструктивтіден деструктивтіге дейін өзгеруі мүмкін. Бұл құбылыстың жақсы мысалы - тегіс бетке іргелес сфералық беттен жарық шағылған кезде пайда болатын интерференциялық заңдылықты көрсететін «Ньютон сақиналары».

Түскен жарық кең жолақты болса немесе күн сәулесі сияқты ақ болса, интерференция үлгілері түрлі-түсті жолақтар түрінде пайда болады. Жарықтың әртүрлі толқын ұзындығы әртүрлі пленка қалыңдығы үшін конструктивті кедергі жасайды. Фильмнің әртүрлі бөліктері жергілікті пленка қалыңдығына байланысты әртүрлі түстерде пайда болады.