 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Интерференция электромагнитного излучения
Одновременно в пространстве распространяется множество электромагнитных волн. Каждый световой процесс имеет характер независимый от других световых процессов и выполняется принцип суперпозиции: при наличии в пространстве одновременно нескольких электромагнитных волн имеет место алгебраическое сложение напряжённостей их электрических и магнитных полей. Особый интерес представляет сложение двух волн одинаковой частоты, сопровождающееся явлением интерференции.
Интерференция света – сложение в пространстве двух или нескольких когерентных волн, при котором происходит устойчивое во времени перераспределение энергии в пространстве.
Когерентностью называется согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов.
Когерентными являются неограниченные в пространстве монохроматические волны - волны определённой и постоянной частоты.
Реальные источники не дают монохроматического света и любые независимые источника света всегда некогерентные.
Так как когерентными могут быть только монохроматические волны, интерференционная картина представляет собой чередование цветных и чёрных полос. Так как электромагнитное излучение испускается атомами отдельными короткими импульсами, называемыми цугами, получить когерентные источники света можно разделив цуг на две части. В установках для наблюдения явления интерференции когерентные световые пучки получаются разделением волны, излучаемой одним источником на две части, которые при прохождении различных оптических путей накладываются друг на друга.
Методы наблюдения двух лучевой интерференции:
1) метод Юнга (свет от одной щели падает на две щели, играющие роль когерентных источников),
2) зеркала Френеля (свет от источника падает на два плоских зеркала, расположенные под малым углом друг к другу, роль когерентных источников играют мнимые изображения источника в этих зеркалах),
3) бипризма Френеля (свет от источника проходит через призмы преломляясь так, что роль когерентных источников играют мнимые источники расходящихся преломленных пучков),
4) билинза Френеля (две половинки линзы, разведённые на некоторое расстояние друг от друга освещаются источником и когерентными являются их действительные изображения),
5) зеркало Ллойда (источник находится близко к плоскому зеркалу, когерентным для него является мнимое изображение в этом зеркале).
6) тонкие плёнки – прозрачный слой, толщина которого сравнима с длиной волны, и пластинки – прозрачный слой, толщина которого больше длины волны. При их использовании когерентными являются пучки, отражённые от верхней и нижней поверхностей пластинки (плёнки). Контрастная картина возникает обычно при наблюдении в отражённом свете и называется интерференцией равной толщины. К этому виду интерференции относится интерференция в мыльных плёнках (в частности, в мыльных пузырях), в приборе «кольца Ньютона», где возможно наблюдение и в проходящем свете, но картина получается менее яркая и контрастная.
7) интерференция равного наклона наблюдается когда, падающий на плоскопараллельную пластинку пучок разбивается на два: в проходящем и в отражённом свете.
Многолучевая интерференция наблюдается тогда, когда поверхности, ограничивающие плёнку или пластинку, обладают высоким коэффициентом отражения. При этом происходит множество отражений и возникает большое число интерферирующих лучей.
Интерференционная картина представляет собой чередование цветных и чёрных полос или колец при использовании светофильтров, лазерного излучения и т.п. В ряде случаев возможно наблюдение интерференции от белого света (плёнки мыльные, бензиновые; «кольца Ньютона» и др.). В этих случаях интерференционная картина представляет собой чередование радужных полос.
Задачи
1. Длина волны излучения источников S1 и S2 500 нм. Чему равна оптическая разность хода ∆ в точке с координатой ym, где наблюдается максимум третьего порядка? R = 1м, d = 0,5мм.
Как изменится положение максимума третьего порядка с уменьшением (увеличением) длины волны падающего излучения?
Как зависит результат интерференции
- от расстояния между источниками d,
- от расстояния от источников до экрана R?
Как изменится результат, если систему из воздуха поместить в воду с показателем преломления 1,3?
2. На свободную поверхность линз наносится тонкая плёнка вещества с показателем преломления меньше чем у стекла: n = 1,2. Определить минимальную толщину плёнки, при которой возникает интерференционный минимум отражения, для света с длиной волны 550 нм. (1,2 102 нм)
3. На поверхность пластинки из стекла нанесена пленка толщиной d = 110 нм, с показателем преломления n2 = 1,55. Для какой длины волны видимого света пленка будет «просветляющей»? Ответ выразите в нанометрах (682нм). Можно ли наблюдать интерференционную картину в белом свете?
4. На плоскопараллельную плёнку с показателем преломления 1,33 под углом 450 падает параллельный пучок белого света. При какой наименьшей толщине плёнки зеркально отражённый свет окрасится в жёлтый цвет (λ = 0,6 мкм).
Как изменится результат интерференции, если увеличить толщину плёнки? Изменится ли число, густота максимумов, цветность плёнки?
5. В опыте Юнга источником света служит ярко освещённая узкая щель S. Свет от неё падает на второй экран, где находятся две одинаковые узкие щели S1 и S 2 параллельные S. Щели S1 и S2 находятся на небольшом расстоянии друг от друга и являются когерентными источниками света. L = 2 м, d = 0,2мм, длина световой волны λ = 500м.
Найти: 1) расстояние между двумя соседними максимумами, 2) положение первой светлой полосы, 3) положение третьей тёмной полосы, 4) угловое расстояние между соседними тёмными полосами.
Если вблизи щели S2 поместить тонкую стеклянную пластинку с показателем преломления n = 1,5, то центральная светлая полоса сместиться в положение, занимаемое первоначально пятой светлой полосой. Определить толщину пластинки.
6. Кольца Ньютона образуются в прослойке воздуха, радиус кривизны выпуклой поверхности линзы 5 м. Наблюдение ведётся в отражённом свете. Радиус третьего тёмного кольца 3,1 мм. Найти длину волны света, падающего нормально на плоскую поверхность линзы. (6,4 10-7 м)
7. Установка для колец Ньютона освещается монохроматическим светом с длиной волны 0,6 мкм, падающим нормально на плоскую поверхность. Радиус кривизны линзы 4м. Наблюдение ведётся в проходящем свете. Радиус второго светлого кольца 1,8 мм. Определить показатель преломления жидкости, заполняющей пространство между линзой и стеклянной пластинкой.
8. На стеклянный клин с показателем преломления вещества 1,5 нормально падает монохроматический свет. Угол клина 40. Определить длину световой волны, если расстояние между двумя соседними интерференционными максимумами в отражённом свете равно 0,2 мм.
2. Поляризация электромагнитного излучения
В естественном свете направления векторов напряжённостей электрического и магнитного полей 
изменяются в пространстве беспорядочно.
Поляризованными волнами являются электромагнитные волны, в которых направления колебаний электрического и магнитного полей либо сохраняются неизменными, либо испытывают закономерные изменения ориентации. Существуют линейная поляризация, эллиптическая, круговая.
Излучают поляризованный свет, например, возбуждённые газы и пары, помещённые в магнитное поле, лазеры, некоторые другие источники.
В поляризованном свете плоскость, параллельная направлению колебаний вектора 
и направлению распространения волны называется плоскостью поляризации.
Электромагнитная волна плоско (линейно) поляризована: световой вектор (вектор напряжённости электрического поля 
) колеблется в неизменной плоскости.
Получить поляризованный свет из естественного можно разными способами.
1). Пропустить естественный свет через поляризатор. Поляризаторами могут быть среды, анизотропные относительно колебаний вектора (например, пластинки из кристаллов турмалина). По закону Малюса можно посчитать интенсивность света, прошедшего через поляризатор 
. В естественном свете все направления колебаний вектора равновероятны и после пропускания естественного света через поляризатор получим поляризованный свет интенсивностью I = (1/2)*I0, где I0 - интенсивность естественного света.
2). При падении естественного света на границу раздела двух диэлектриков, отражённый и преломлённый луч являются частично поляризованными. При угле падения, равном углу Брюстера 
, отражённый луч является полностью плоско поляризованным, преломлённый луч при этом максимально, но не полностью поляризуется. При этом отражённый и преломлённый луч взаимно перпендикулярны.
3). Если пропустить свет через оптически анизотропные кристалл, он испытает двойное лучепреломление. Двойное лучепреломление - это способность прозрачных кристаллов (кроме оптически изотропных кристаллов кубической системы) раздваивать каждый, падающий на них световой пучок. При этом из кристалла выходят два пространственно разделённых луча, параллельных друг другу и падающему лучу. Вышедшие лучи плоско поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях.
4). Можно искусственно вызвать оптическую анизотропию в оптически изотропных веществах:
- подвергая образец одностороннему сжатию или растяжению,
- помещая образец в электрическое поле (эффект Керра),
- помещая образец в магнитное поле (эффект Коттона-Муттона).
Степень поляризации частично поляризованного света определяется по формуле:
, где Imax, Imin – соответственно максимальная и минимальная интенсивность частично поляризованного света.
Задачи.
1. На пути естественного света помещены два скрещенных поляроида. Какова будет освещённость экрана? Изменится ли освещённость экрана, если поместить между двумя поляроидами третий, плоскость поляризации которого не совпадает с плоскостями поляризации, имеющихся поляроидов? Как будет изменяться интенсивность света при прохождении последовательно через все поляроиды?
2. Степень поляризации частично поляризованного света составляет 0,75. Определить отношение максимальной интенсивности света, пропускаемого поляризатором к минимальной.
3. Определить степень поляризации света, который представляет собой смесь естественного света и плоско поляризованного. Интенсивность поляризованного света в 5 раз больше интенсивности естественного света.
4. Интенсивность естественного света, прошедшего через два николя, уменьшилась в 8 раз. Пренебрегая поглощением света, определить угол между главными плоскостями николей.
5. Определить показатель преломления стекла, если при отражении от него света, отражённый луч полностью поляризован при угле преломления 350.
Поиск по сайту: