2015-07-14
14910
Інтерференцію світла можна легко спостерігати в природних умовах. Забарвлення тонких прозорих плівок, кольорові розводи на тонких плівках бензину, гасу, олії, красиве забарвлення мильних бульбашок, яке безперервно змінюється — все це результат інтерференції світлових променів у цих плівках.
Спочатку з'ясуємо, як утворюється інтерференційна картина під час освітлення тонкої плоскопаралельної пластинки. Нехай на тонку плоскопаралельну пластинку падає паралельний пучок однорідного (монохроматичного) світла під кутом а (мал. 105). Промінь 1, падаючи в точку А, частково відіб'ється, а частково заломиться і увійде в пластинку. Цей промінь, дійшовши до протилежної грані пластинки в точці В, знову частково заломиться і вийде з пластинки, а частково відіб'ється в точку С. У точці С промінь знову відіб'ється і частково заломиться, а вийшовши з пластинки, піде в напрямі СМ. Промені 1 і 2 когерентні, оскільки вони виходять з одного джерела світла і під час накладання інтерферують. Результат інтерференції визначається різницею хо-
ду цих променів. Якщо різниця ходу променів дорівнює парному числу півхвиль, то під час накладання пучків вони підсилюватимуть один одного, а якщо непарному, то пучки світла послаблюватимуть один одного. Таким чином, ця пластинка у разі освітлення її однорідним світлом буде або освітленою цим світлом, або темною. Якщо змінювати кут падіння променів, змінюватиметься і різниця ходу променів. Це означає, що у разі повертання пластинки відносно променів вона почергово здаватиметься то темною, то світлою.
Якщо пластинку освітлювати білим світлом, під час інтерференції променів з однією довжиною хвилі спостерігатиметься підсилення, а для інших довжин хвиль буде послаблення. Тому пластинка здаватиметься спостерігачеві забарвленою в той колір, який близький до кольору променів, що максимально підсилюють один одного. При повертанні пластинки відносно променів її забарвлення змінюватиметься. Аналогічна інтерференційна картина спостерігатиметься і в прохідному світлі.
Розглянута картина спостерігатиметься лише тоді, коли пластинка ідеально однорідна, плоскопаралельна і освітлюватиметься пучком ідеально паралельних променів. Однак у дійсності в пластинці завжди існують неоднорідності, на яких змінюються показник заломлення, товщина плівки. Тому навіть в однорідному світлі ми побачимо вигадливі візерунки світлих і темних смуг.
Розглянемо інтерференцію світла в тонких плівках, товщина яких неоднакова в різних місцях. Візьмемо найпростішу плівку такого типу у формі клина (мал. 106). Якщо освітити таку плівку однорідним світлом, то у відбитому світлі її поверхня вже не здаватиметься рівномірно освітленою або темною, оскільки різниця ходу променів, які інтерферують у різних за товщиною місцях плівки, буде неоднаковою. Періодично зустрічатимуться такі товщини клина, які задовольняють умову взаємного підсилення і послаблення когерентних хвиль. Тому дуже тонка клиноподібна пластинка чи плівка, освітлена паралельним пучком однорідного світла, дає інтерференційну картину у вигляді світлих і темних смуг (мал. 107), розміщених паралельно гострому ребру клина.
| Під час освітлення клиноподібної плівки білим світлом може виявитися, що в одних місцях плівки найбільше підсилюються світлові хвилі червоного світла, в інших — хвилі синього світла, ще в інших — хвилі зеленого світла і т. д. Тому на плівці виникнуть смуги, забарвлені всіма кольорами райдуги. Інтерференційну картину на клиноподібній пластинці зручно спостерігати на тонкій мильній плівці. Щоб дістати тонкий клиноподібний шар, досить дротяну рамку опустити в мильний розчин. Внаслідок стікання мильного розчину вниз мильна плівка набуває форми клина. Вправа 14 1. Приготуйте мильний розчин, за допомогою скляної трубки або піпетки видуйте мильну бульбашку і простежте за грою кольорів на поверхні бульбашки. 2. Виготовте з дротини невеликий каркас у вигляді прямокутника і, затягнувши його мильною плівкою, простежте за грою кольорів на її поверхні. Якщо у вас знайдеться яке-небудь кольорове скло1 або забарвлений шматок целофану (краще червоного кольору), поспостерігайте через ці фільтри за інтерференційною картиною на мильній плівці. Замалюйте і опишіть спостережувані явища. 3. Поверхня мильних бульбашок і плівок внаслідок стікання рідини поступово тоншає. Простежте, як при цьому змінюється забарвлення плівок, аж поки вони лопнуть. 4. Нагрійте запаленим сірником лезо бритви, зітріть з нього ганчіркою кіптяву і розгляньте плівку, що утворилася на ньому. Поясніть результат досліду. § 57 —ПРАКТИЧНЕ ЗАСТОСУВАННЯ ІНТЕРФЕРЕНЦІЇ СВІТЛА Явище інтерференції світла знаходить різноманітне практичне застосування. За його допомогою можна дуже точно визначати довжини світлових хвиль, здійснювати точні вимірювання лінійних розмірів, контролювати якість шліфування і полірування поверхонь тощо. Зупинимося на трьох застосуваннях інтерференції. Просвітлення оптики. Інтерференція світла у разі відбивання від тонких плівок лежить в основі просвітлення оптики, відкритого українським фізиком О. Смакулою. Проходження світла крізь кожну заломлюючу поверхню лінзи супроводжується відбиванням приблизно 4 % падаючого світла. В складних об'єктивах кількість лінз може перевищувати десять і сумарна втрата світлового потоку |
внаслідок відбивань може досягти помітної величини. Крім того, відбивання від поверхонь лінз веде до виникнення полисків»
Для усунення відбивання світла на кожну вільну поверхню лінзи наноситься тонка плівка речовини (мал. 108) з показником заломлення іншим, ніж у лінзи. У разі проходження світла крізь лінзу відбуватиметься його відбивання як від поверхні лінзи, так і від поверхні плівки. Відбиті хвилі інтерферують. Товщина плівки підбирається так, щоб відбиті від обох поверхонь плівки хвилі гасили одна одну. Гасіння відбитого світла веде до збільшення частки енергії світла, яке проходить крізь лінзу (в цьому і полягає смисл терміна «просвітлення оптики»). Домогтися гасіння відбитих хвиль усіх довжин видимого світла досить складно, тому товщину плівки підбирають так, щоб повністю погасити відбиті хвилі
якоїсь частини спектра. Звичайно намагаються погасити відбивання зеленого світла, до якого найбільш чутливі фотоматеріали. В цьому випадку поверхня об'єктива здаватиметься фіолетово-синьою (тому часто таку оптику називають голубою). Нині усі фотоапарати випускаються з просвітленою оптикою.
Контроль якості поверхонь. Залежність форми інтерференційних смуг від товщини тонких прозорих плівок використовується для контролю якості шліфування і полірування поверхонь. Якщо на поверхню досліджуваного виробу В накласти добре відполіровану скляну пластинку-шаблон А (мал. 109), то між цією поверхнею і нижньою поверхнею шаблона утворюється тонка повітряна плівка, в якій можна спостерігати інтерференційну картину. Інтерференційні смуги утворюються у разі відбивання світла від верхніх поверхонь виробу і шаблона. Ці смуги спостерігаються через лінзу чи в мікроскоп. При високій якості обробки поверхні інтерференційні смуги будуть прямолінійними (мал. 110, а). Якщо ж на поверхні досліджуваного виробу є якась нерівність, наприклад борозенка або виступ, інтерференційні смуги викривляються (мал. 110, б) і за їх виглядом можна зробити висновок про характер дефекту. Вигини інтерференційних смуг ніби окреслюють його контур. Таким методом можна легко виявляти відхилення від площини, які становлять
вання довжини і кутів, а також для визначення показника заломлення прозорих середовищ. У промисловості інтерферометри широко використовуються для контролю якості (гладкості, рівності) шліфованих виробів.
