physics_saveliev_3 (535941), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Заметим, что интерференция от тонких пленок может наблюдаться не только в отраженном, но и в проходящем свете. Кольца Ньютона. Классическим примером полос равной толщины являются кольца Ньютона. Ряс. 52. Они наблюдаются при отражении света от соприкасающихся друг с другом плоскопараллельной толстой стеклянной пластинйи и плоско-выпуклой линзы с большил~ радиусом кривизны (рис. И). Роль тонкой пленки, от поверхностей 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.
Найдем радиусы колец Ньютона, получающихся при падении света по нормали к пластинке, В этом случае ээ соз !э = 1 и оптическая разность хода равна удвоенной толщине зазора [см. формулу (!9.2); предполагается, что в зазоре и = Ц. Как следует из рис. 52, /~У (Н Ь)э+гэ Яз 2КЬ+г (!9 !Ц г = ~~ — (т -- 1) /лл, 2 (щ=1, 2, 3, ...). (19.13) Четным т соответствуют радиусы светлых колец, нечетным т — радиусы темных колец. Значению и = 1 соответствует г = О, т. е. точка в месте касания пластинки н линзы. В этой точке наблюдается минимум интенсивности, обусловленный изменением фазы на я при отражении световой волны от пластинки. 5 29. Применения интерференции света Явление интерференции света находит самые разнообразные применения.
Оно используется, например, для определения показателей преломления газообразных веществ, для весьма точного измерения длин и чФ 99 где /т — радиус кривизны линзы, г — радиус окружности, всем точкам которой соответствует одинаковый зазор Ь. Ввиду малости Ь мы пренебрегли величиной Ьа по сравнению с 2/сЬ. В соответствии с (19.! 1) Ь = гР/2Й. Чтобы учесть возникающее при отражении от пластинки изменение фазы на я, нужно при вычислении Л к 2Ь = гэ//г прибавить 4/2 В результате получится: (19. 12г В точках, для которых Л = Ил = 2Й(Хо/2), возникнут максимумы; в точках, для которых Л = (й + '/з) Х~ = (2Я + 1) (Хо/2), — минимумы интенсивности. Оба условия можно объединить в одно: Л= т— хо причем четным значениям т будут соответствовать максимумы, а нечетным — минимумы интенсивности. Подставив сюда выражение (19.12) для Л и разрешив получающееся уравнение относительно г, найдем радиусы светлых и темных колец Ньютона: углов, для контроля качества обработки поверхностей ит.
и. Интерференция при отражении от тонких пленок лежит в основе так называемого просветления оптики. Прохождение света через каждую преломляющую поверхность линзы сопровождается отражением примерно 47, падающего света. В сложных объективах такие отражения совершаются многократно и суммарная потеря светового потока достигает заметной величины.
Кроме того, отражения от поверхностей линз приводят к возникновению бликов. В просветленной оптике для устранения отражения света на каждую свободную поверхность линзы наносится тонкая пленка вещества с показателем преломления иным, чем у линзы. Толшина пленки подбирается так, чтобы волны, отраженные от обеих ее поверхностей, погашали друг друга. Особенно хороший ре- У / зультат достигается в том случае, если показатель преломления пленки рвсн корню квадратному из показателя преломле- б1 100 пия линзы.
При этом Г э ~ иг условии интенс~~ност~ обеих отраженных от поверхностей пленки волн одинакова. Имеется несколько разновидностей интерференционных приборов, называемых интерфероеу метрами. На рис. 53 Рис 53. изображена схема интер- ферометра Майкельсоня. Пучок света от источника 5 падает на полупрозрачную пластинку Рь покрытую тонким слоем серебра (этот слой показан на рис. 53 точками). Половина упавшего светового пучка отражается пластинкой Р, в направлении луча 1, половина проходит сквозь пластинку и распространяется в направлении луча 2. Пучок ! отражается от зеркала М, и возвращается к Рь где он делится на два равных по интенсивности пучка.
Один из них проходит сквозь пластинку и образует пу- чок 1', второй отражается в направлении к Я; этот пучок нас интересовать дальше не будет. Пучок 2, отразившись от зеркала М, тоже возвращается к пластинке Р„где он делится на две части: отразившийся от полупрозрачного слоя пучок 2' и прошедший сквозь слой пучок, которым мы также интересоваться больше не будем. Пучки света 1' н 2' когереп>ны и обладают одинаковой интенсивностью. Результат интерференции этих пучков зависит от оптической разности их хода от пластинки Р, до зеркал М, и М, и обратно. Луч 2 проходит то.чшу пластинки Р, трижды, луч 1 --только один раз.
Чгобы скомпенсировать возникающую за счет этого разную (вследствие дисперсии) для различных длин голи оптическую разность хода, на пути луча 1 ставится точно такая, как Рь но не посеребренная пластинка Рь Тем самым уравниваются пути лучей 1 и 2 в стекле. Интерференционная картина наблюдается с помощью зрительной трубы Т. Разность хода лучей удобно оценивать, заменив мысленно зеркало М» его мнимым пзобра>ксннех! М', в полупрозрачной пластинке Рь Тогда лучи 1' и 2' можно рассматривать как возникшие за счет отражения от прозрачной пластинки, ограниченной плоскостямц ,И, и М'. С помощью юстировочных винтов В', можно изменять угол между этими плоскостямп, в частности пх можно >станавливать строго параллельно друг другу.
Вращая микрометрпчсский винт У., можно плавно перемещать зеркало М;, не изменяя его наклона. Тем сзмь>м можно менять толщину «пластиики», н частности можно заставить плоскосчи М> и М' пересечься друг с другом (рис. 53, б). Наблюдаемая иктерференционная картина зависит от юстировки зеркал и от характера пучка света, падающего на прибор. Если падающий пучок параллелен, а плоскости М> и М> образуют угол,'не равный нулю, то в иоле зрения прибора >шблюдаются прямолинейные полосы равной толщины, расположенные параллельно линии пересечения плоскостей А1, и .'г!'.
В белом свече все полосы, кроме располагающейся по упомянутой липин пересечения полосы нулевого порядка, будут окрашенными. Нулевая полоса будет черной, так как луч ! отражается от пластинки Р> снаружи, а луч 2— >01 изнутри, что дает разность фаз, равную и. Полосы в белом свете наблюдаются лишь при малой толщине «пластинки» М~Мй (см. формулу (19.10) и следующий за ней текст1 В монохроматическом свете, соответствующем красной линии кадмия, Маякельсон наблюдал отчетливую интерференционную картину при разности хода порядка 500 000 длин воли (расстояние между М~ и М( составляет в этом случае приблизительно 150 мм). При строго параллельном расположении плоскостей М, и М2 и слегка расходящемся пучке света в поле зрения прибора наблюдаются полосы равного наклона, имеющие вид концентрических колец.
При вращении микрометрического винта Я7» кольца увеличиваются или уменьшаются в диаметре. При этом в центре картины либо возникают новые кольца, либо уменьшающиеся кольца стягиваются в точку н затем исчезают. Смещение картины на одну полосу соответствует перемещению зеркала Ми на половину длины волны. Пластинка Ри может вращаться вокруг оси, перпендикулярной к плоскости рисунка. В нормальном положении она строго параллельна пластинке Р,. Поворот пластинки приводит к смещению интерференционной картины.
Это позволяет использовать пластинку Р, в ка- честве компенсатора возникаю» щих в интерферометре небольших разностей хода. С помощью описанного при- 1 бора Майкельсои осуществил в 1890 †18 гг. первое сравнение Рис. 54. длины волны красной линии кад- мия с длиной нормального метра, Для этой цели было изготовлено девять специальных эталонов длины. Каждым эталон представлял собой два параллельных зеркала А, и Ам укрепленных на металлическом основании (рис. 54).
Расстояние между плоскостями зеркал определяло длину эталона. Первый эталон имел длину, равную 0,39 мм. Длина каждого следующего эталона превышала длину предыдущего почти точно в два раза. Последний, девятый, эталон имел длину 100 мм. Вначале определялось число длин волн, укладывающихся на длине первого эталона. Эталон устанавли- 102 вался на интерферометре вместо зеркала М, (рис. 55, а; остальная схема — как на рис. 53). Рядом с ним помещалось вспомогательное зеркало )к', Это зеркало устанавливалось строго параллельно плоскости М:.
Поэтому при освещении прибора монохроматическим светом, соответствующим красной линии кадмия, в части поля зрения, образованной отражением от зеркала Уз наблюдалнсь полосы равного наклона в виде колец (левая нижняя часть рис. 55, б, на котором изображена картина, видимая в трубу). Угол, образованный плоскостями зеркал Ат и Аз с плоскостью Мз, был слегка отличен от нуля.
При освещении прибора белым светом и пересечении плоскости Ма с одним пз зеркал эталона в трубе, наведенной на это зеркало, получалась нулевая черная полоса'). Первоначально плоскость Мз приводилась ю 7 (ПутЕМ ПЕрЕМЕщвиня ЗЕрт 4' ф)~ Ш А, кала Мз) в такое положе- лк -- . — л, ние, чтобы нулевая полоса пришлась на середину зеркала А, (рис. 55, б, а~ 4 правая нижняя часть поля зрения). Затем прибор вместо белого света освещался монохроматическим, трубя наводилась на бесконечность и в левой нижней части поля зрения (рис. 55, б) возникала системз колец. Медленным вращением микрометрического винта )Рз (рис. 53) плоскость М'з смещалась в направлении зеркала Аг При этом кольца стягивались к центру и исчезали.
Смещение картины на одну полосу соотвегствовало перемещению плоскости М; на половияу длины волны. В конце концов плоскость Мз приводилась в такое положение, при котором в белом свете получалась черная полоса, совпадающая с серединой зеркала Аз (при этом в правом верхнем углу поля зрения наблюдается такая картина, какая изображена в правом нижнем углу на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
