Опыт 3.
«Интерференция света»
Интерференция света.
Интерференция света - перераспределение интенсивности света в результате наложения нескольких когерентных световых волн. Это явление обычно характеризуется чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности света. Конкретный вид такого распределения интенсивности света в пространстве или на экране, куда падает свет, называется интерференционной картиной. Впервые, явление интерференции было независимо обнаружено Гримальди (для луча, прошедшего через два близких отверстия), Робертом Бойлем и Робертом Гуком (для интерференции в тонких слоях прозрачных сред, таких как мыльные плёнки, тонкие стенки стеклянных шаров, тонкие листки слюды; они наблюдали при этом возникновение разноцветной окраски; при этом Гук заметил и периодическую зависимость цвета от толщины слоя). Гримальди впервые и связал явление интерференции с идеей волновых свойств света .
В 1802 году Томас Юнг выполнил демонстрационный эксперимент по наблюдению интерференции света, получив интерференцию от двух щелевых источников света, позднее этот опыт Юнга стал классическим.
Интерференция
в тонкой плёнке. Пусть на тонкую пленку падают два когерентных луча 1 и
2, луч 1 преломляется, доходит до нижней границы, отражается и в
точке А встречается с лучем 2. Если разность хода лучей равна
четному числу полуволн то в точке А энергия лучей складывается и из нее
идет усиленный луч 5. Аналогично из точки В идет усиленный луч
6. Так как разность хода лучей в обоих случаях различна то и цвета лучей
будут разные ( рис.1).
Рис.1.
Опыт 1. При рассмотрении кусочка тонкой прозрачной пленки мы увидим ее окрашенной в разные цвета, хотя при изготовлении пленки никакие красители не применялись.
Проблема. Почему ?
Ответ. Потому что данная пленка имеет непрерывно изменяющуюся толщину. В результате разной толщины пленки на каждом участке разность хода волн будет различна, поэтому при интерференции двух лучей цвет пленки будет нам казаться различным.
Рис.2.
Опыт 2. Мыльный пузырь.
Красота мыльных пузырей проявляется в переливах света на их поверхности. Они создают неповторимую живую радужную окраску, которой трудно не любоваться (рис.3). Откуда берется такая красота в простом «водном» пузыре?
Переливчатые «радужные» цвета мыльных пузырей получаются за счёт интерференции световых волн и определяются толщиной мыльной плёнки.
Рис. 3. Рис.4.
Проблема. Почему мыльный пузырь состоящий из мыльной воды кажется окрашенным ?
Ответ. Потому что поисходит интерференция лучей 1 и 2. Так как мыльный пузырь имеет разную толщину, то для других точек разность хода будет равна четному числу полуволн для другого цвета и т.д. Поэтому вся поверхность мыльного пузыря будет «окрашена» разными цветами.
Мыльный пузырь меняет цвет или, как нам кажется, «переливается» из-за того, что плёнка становится тоньше под действием силы тяжести и при испарении воды. Это означает, что для данной точки разность хода волн уменьшается, и цвет этой точки изменяется от красного до фиолетового.
Эффект интерференции также зависит от угла, под которым лучи света падают на пленку. Таким образом, даже если бы толщина стенки была везде одинаковой, мы бы всё равно наблюдали различные цвета из-за движения пузыря.
Опыт 3. Просветление оптики.
При прохождении света через сложные оптические системы с большим количеством оптических деталей на каждой поверхности теряется около 4% света. В результате через систему может пройти всего 20% светового потока. Применение тонкослойных пленок для ослабления отражения называется просветлением оптики. Просветляющие покрытия могут уменьшить отражение в 3-4 раза.
Принцип действия просветляющих покрытий основан на явлении интерференции когерентных лучей 1 и 2. Для этого на поверхность линзы наносят тонкую пленку, показатель преломления которой меньше показателя преломления стекла ( рис.5).
Рис. 5.
Луч 1, преломленный на поверхности пленки, и отраженный от ее нижней поверхности приходит в точку С вместе с лучем 2. Можно подобрать толщину пленки так, чтобы при интерференции они погасили бы друг друга, усиливая, таким образом, проходящий свет. Подобрать толщину пленки для гашения всех лучей невозможно. Поэтому на линзу наносят пленку для гашения лучей средней части спектра, поэтому от линзы отражаются в основном красные и фиолетовые лучи. Вследствие этого отечественная просветленная оптика имеет сиреневый цвет - сложение красного и фиолетового цвета ( рис.6). Дорогие объективы имеют многослойное просветление, поэтому кажутся нам черными.
Рис. 6.
Интерференция часто встречается в природе и технике. Например, окраска крыльев у бабочек, бензиновые пятна на воде, кольца Ньютона и т.д. ( рис.7).
Рис. 7.