Интерференция света при отражении от тонких пластинок

1.Полосы равного наклона. При падении световой волны на тонкую прозрачную пластинку или пленку толщиной d происходит отражение от обеих поверхностей пластинки (рис.9, лучи 1’ и 1”). В результате возникают когерентные световые волны, которые могут интерферировать. В отраженном свете в точке P₁ будет наблюдаться максимум если

и минимум если

В этих выражениях l/2 прибавляется поскольку происходит отражения луча от среды оптической более плотной.

В проходящем свете в точке P₂ будет наблюдаться максимум если

и минимум если

Интерференция в тонких пленках применяется для просветления оптики, когда на линзу наносится тонкая пленка такой толщины, чтобы в проходящем свете происходило усиление световых волн нужной длинны (как правило, длины волн, соответствующих желтому или зеленому цвету).

Каждая точка интерференционной картины обусловлена лучами, образующими до прохождения через линзу параллельный пучок. Разность хода лучей определяется углом, под которым луч падает (отражается) от пластинки. В результате на экране возникнет система чередующихся светлых и темных круговых полос с общим центром в точке О. Каждая полоса образована лучами, падающими на пластинку под одинаковым углом. Поэтому получающиеся в описанных условиях интерференционные полосы носят название полос равного наклона.

2.Полосы равной толщины. Кольца Ньютона. Когда свет падает на тонкую клинообразную пластинку, разность хода этих лучей определяется толщиной клина в точке падения. На экране также возникнет система светлых и темных полос. Каждая из полос образуется за счет отражений от мест пластинки, имеющих одинаковую толщину. Поэтому в данном случае интерференционные половы называются полосами равной толщины (рис.10).

Классическим примером полос равной толщины являются кольца Ньютона. Они наблюдаются при отражении света от соприкасающихся друг с другом плоскопараллельной толстой стеклянной пластинки и плоско-выпуклой линзы с большим радиусом кривизны (рис.11). Роль тонкой пленки, от поверхности которой отражаются когерентные волны, играет воздушный зазор между пластинкой и линзой (вследствие большой толщины пластинки и линзы за счет отражений от других поверхностей интерференционные полосы не возникают). При нормальном падении света полосы равной толщины имеют вид концентрических окружностей, при наклонном падении - эллипсов. Радиусы светлых колец Ньютона в отраженном свете(темного в проходящем), получающихся при падении света по нормали к пластинке равны

k=1,2,3…

Радиусы темных колец Ньютона в отраженном свете(светлого в проходящем)

k=1,2,3…

где R - радиус кривизны линзы.

Дифракция света.

Дифракцией называется загибание света за края непрозрачных предметов. Явление дифракции волн может быть объяснено с помощью принципа Гюйгенса-Френеля: каждый элемент поверхности служит источником вторичной сферической волны.

Различают два случая дифракции: Дифракция Френеля наблюдается для сферических волн (источник расположен близко). Дифракция Френеля наблюдается на круглом отверстии или круглом экране. При этом дифракционная картина будет представлять чередование светлых и темных колец.

Дифракция Фраунгофера наблюдается для плоских световых волн, т.е. в параллельных лучах (источник очень далеко или находится в фокусе линзы). Дифракция Фраунгофера наблюдается, когда на бесконечно длинную щель падает плоская световая волна. Поместим за щелью собирательную линзу, а в фокальной плоскости линзы - экран. Волновая поверхность падающей волны, плоскость щели и экран параллельны друг другу (рис.12).

Положение минимумов освещенности при дифракции от щели, на которую нормально падает параллельных лучей определяется условием:

k=1,2,3…

Положение максимумов освещенности

k=1,2,3…

b - ширина щели, j - угол дифракции, l - длина волны падающего света.

Центральный максимум значительно превосходит по интенсивности остальные максимумы; в нем сосредоточивается основная доля светового потока, прошедшего через щель (рис.13).

Дифракционной решеткой называется совокупность большого числа одинаковых, отстоящих друг от друга на одно и то же расстояние щелей (рис.14). Расстояние d между серединами соседних щелей называется постоянной или периодом решетки d=1/N₀, N₀ - число щелей решетки приходящейся на единицу длины.

Если свет падает на решетку нормально, то максимальное усиление света наблюдается в направлениях

k=0,1,2,3…

минимальное

k=0,1,2,3…

j - угол дифракции, l - длина волны падающего спектра, k - порядок спектра.

Дифракционная картина представляет собой чередование светлых и темных полос.

Поляризация света.

Электромагнитные волны поперечны (см.рис.15), т.к. плоскость колебаний перпендикулярна направлению распространения волны. В естественном свете колебания различных направлений быстро и беспорядочно сменяют друг друга. Свет, в котором колебания упорядочены каким либо образом называется поляризованным. Если колебания светового вектора происходят только в одной плоскости, то свет называется плоско (или прямолинейно) поляризованным. Плоскость в которой колеблется световой вектор, т.е. вектор - называется плоскостью колебаний, перпендикулярная ей плоскость называется плоскостью поляризации. Плоско поляризованный свет получают при помощи поляризатора. Это прибор, который пропускает параллельные составляющие колебаний плоскости поляризатора, и задерживает перпендикулярные составляющие колебаний. Если на поляризатор падает плоско поляризованный свет интенсивности I₀ плоскость колебаний, которого расположена под углом φ к плоскости поляризатора, то интенсивность прошедшего света равна

- закон Малюса.

Если на пути естественного света поставить два поляризатора под углом φ то интенсивность прошедшего через них света равна

Свет, в котором колебания одного направления преобладают над колебаниями другого направления, называется частично поляризованным.

- степень поляризации..

I_max и I_min - минимальная и максимальная интенсивность света, соответствующая двум взаимоперпендикулянным компонентам вектора . Для естественного света Р=0, для плоскополяризованного P=1.

Если за время одного колебания вектор описывает эллипс, то такой свет называется эллиптически поляризованным (частный случай – кругло поляризованный свет).

Вещества способные вращать плоскость поляризации при прохождении через них плоскополяризованного света называются опрически активными (кварц, киноварь, раствор сахара). В кристаллах угол поворота плоскости поляризации φ пропорционален пути l, пройденному лучом в кристалле:

a - постоянная вращения.

В растворах угол поворота плоскости поляризации φ пропорционален пути света в растворе l и концентрации активного вещества:

Здесь a - удельная постоянная вращения.

Если угол падения "света на границу раздела двух диэлектриков (например поверхность стеклянной пластины) не равен.нулю, отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными. Причем в отраженном свете преобладают колебания перпендикулярные к плоскости падения, а в преломленном параллельные плоскости падения. При угле падения удовлетворяющем условию

отраженный луч полностью поляризован (рис.16). Эта формула определяет закон Брюстера, а угол i_бр называют углом Брюстера или углом полной поляризации, n₂₁ - показатель преломления второй среды относительно первой. Следует отметить, что отраженный луч перпендикулярен преломленному лучу.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: