4.1. Интерференционная спектроскопия измерение длин волн.
4.2. Улучшение качества оптических приборов («просветленная оптика») и получение высокоотражающих покрытий.
Прохождение света через каждую преломляющую поверхность линзы, например, через границу стекло - воздух, сопровождается отражением ~ 4 % падающего потока (при показателе преломления стекла n = 1,5). Так как современные объективы содержат большое количество линз, потери светового потока из-за отражений велики. В результате интенсивность прошедшего света ослабляется, и светосила оптического прибора уменьшается. Кроме того, отражение от поверхностей линз приводит к возникновению бликов, что, например, в военной технике, демаскирует местонахождение прибора. Для устранения указанных недостатков осуществляют так называемое просветление оптики. С этой целью на поверхности линз наносят тонкие пленки с показателем преломления, меньшим показателя преломления материала линз (1 < n <n ст). При отражении света от границ раздела - воздух - пленка и пленка - стекло возникает интерференция когерентных лучей 1¢ и 2¢.
Толщину пленки d и показатели преломления стекла n ст и пленки п пл подбирают так, чтобы при интерференции в отраженном свете лучи 1¢ и 2¢ гасили друг друга. Для этого их оптическая разность хода должна удовлетворять условию
, (14)
;
. (15)
Так как добиться одновременного гашения всех длин волн спектра невозможно, то это обычно делается для зеленого цвета (λ0 = 550 нм), к которому человеческий глаз наиболее чувствителен (в спектре излучения Солнца эти лучи имеют наибольшую интенсивность).
В отраженном свете объективы с просветленной оптикой кажутся окрашенными в красно-фиолетовый цвет. Для улучшения характеристик просветляющего покрытия его делают из нескольких слоев, что «просветляет» оптические стекла более равномерно по всему спектру.
4.3. Интерферометр -прибор, служащий для точного (прецизионного) измерения длин, углов, показателей преломления и плотности прозрачных сред и т.д.
Интерференционная картина очень чувствительна к разности хода интерферирующих волн: ничтожно малое изменение разности хода вызывает заметное смещение интерференционных полос на экране.
Все интерферометры основаны на одном и том же принципе - делении одного луча на два когерентных - и различаются лишь конструктивно.
Интерферометр Майкельсона.
S -источник света;
Р 1 - полупрозрачная пластинка;
Р 2 - прозрачная пластина;
М 1, М 2 - зеркала.
Лучи 1′и2′ когерентны, следовательно, наблюдается интерференция, результат которой будет зависеть от оптической разности хода луча 1 от точки 0 до зеркала М 1 и луча 2 от точки 0до зеркала М 2. По изменению интерференционной картины можно судить о малом перемещении одного из зеркал. Поэтому интерферометр Майкельсона применяется для точных (~ 10-7 м) измерений длин.
Самый известный эксперимент, выполненный Майкельсоном (совместно с Морли) в 1887 г., ставил целью обнаружить зависимость скорости света от скорости движения инерциальной системы координат. В результате было установлено, что скорость света одинакова во всех инерциальных системах, что послужило экспериментальным обоснованием для создания специальной теории относительности Эйнштейна.
Интерференционный дилатометр- прибор для изменения длины тела при нагревании.
Советский физик академик В.П. Линник использовал принцип действия интерферометра Майкельсона для создания микроинтерферометра (комбинация интерферометра и микроскопа), служащего для контроля чистоты обработки поверхности металлических изделий. Таким образом, интерферометр Линника является прибором, предназначенным для визуальной оценки, измерения и фотографирования высот микронеровностей поверхности вплоть до 14-го класса чистоты поверхности.
Другим чувствительным оптическим прибором является рефрактометр- интерферометр Рэлея. Он применяется для определения незначительных изменений показателя преломления прозрачных сред в зависимости от давления, температуры, примесей, концентрации раствора и т.д. Интерферометр Рэлея позволяет измерять изменение показателя преломления c очень высокой точностью - Δ n ~ 10 -6
Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины и равного наклона. Кольца Ньютона
Интерференция света. Пространственная и временная когерентность. Оптическая длина пути и оптическая разность хода. Способы получения интерференционных картин.
Явление, при котором происходит пространственное перераспределение энергии светового излучения при наложении двух или нескольких световых волн, называется интерференцией.
Два колебательных процесса называются когерентными, если разность фаз Δφ=φ1 - φ2 складывающихся колебаний остается постоянной в течение времени, достаточного для наблюдений.
Свет состоит из последовательности кратковременных импульсов (цугов волн) со средней длительностью τ, фаза которых имеет случайную величину. Пусть средняя длина цугов равна l0, очевидно, что взаимодействовать между собой могут только те цуги волн, пространственное расстояние между которыми l ког< l 0, в противном случае в точке наблюдения цуги, между которыми рассматривается взаимодействие, просто не встретятся. Величина l ког=l0 называется длиной когерентности, и она определяет максимально допустимую разность хода между взаимодействующими волнами, при которой еще может наблюдаться явление интерференции. А время, равное средней длительности излучения цугов, называется временем когерентности t ког=< τ >. В течение этого времени начальная фаза волны сохраняет свою постоянную величину. Время и длина когерентности связаны между собой очевидным соотношением
l ког = с*t ког