Вопросы, знание которых обязательно для допуска к выполнению работы

11 12 13 14 15 16 17

Интерференция в тонких пленках.
Полосы равной толщины и полосы равного наклона.
Интерферометр Майкельсона.
Микроинтерферометр Линника.
Интерферометр Маха-Цендера
Многолучевая интерференция.
Интерферометр Фабри-Перо.
Интерференционный светофильтр.

Литература

Е.И.Бутиков. Оптика. Издательства: Невский Диалект, БХВ-Петербург, 2003, 480с.

2. Д.В.Сивухин. Общий курс физики. Оптика -ФИЗМАТЛИТ, МФТИ, 2006, 792с.

Настоящее руководство.

Дополнительная литература

Оптика / Под ред. Г. С. Ландсберга. - 12-е изд. - М.: Физматлит, 2010, 848 с.
И.В.Савельев Курс общей физики т.3 – Изд-во: Лань, 2008, 406с.
С.Э.Фриш и А.В.Тиморева, Курс общей физики т.3 –Изд-во: Лань, 2007, 608с.
Инструкции к используемым в работе приборам.

Сведения из теории

Большая точность измерений интерференционными методами определяется малостью длины световой волны (0,4 - 0,76 мкм). При интерференции легко можно оценить сдвиг полосы на 1/10 (и даже 1/100) от её ширины. В результате оказываются возможными измерения с точностью до сотых долей микрометра. При практическом применении особенно важен частный случай интерференции света, отраженного двумя поверхностями плоскопараллельной пластинки (Риc.1). Оба луча, идущие от S к P, порождены одним падающим лучом и после отражения от передней и задней поверхностей пластинки параллельны друг другу. Для наблюдения интерференции на пути отраженных лучей необходимо поставить линзу, экран расположить в ее фокальной плоскости. Оптическая разность хода между лучами в точке P такая же, как на линии DC и с учетом потери полуволны при отражении от передней поверхности, равна: Δ=n(AB+BC)-AD . Здесь n – показатель преломления материала пластинки, λ - длина волны в вакууме. Предполагается, что над пластинкой находится воздух. Так как AB=BC=2h/cosθ', AD=2htgθ'sinθ (h - толщина пластинки, θ и θ' - углы падения и преломления; sin θ = nsin θ'), разность хода можно представить в виде:

Δ=2nhcos θ' = . (1)

Если пластинка строго плоскопараллельна, разность хода определяется углом падения , который однозначно связан с положением точки P в задней фокальной плоскости линзы L. При использовании бесконечно удаленного протяженного источника (например, в виде светящейся плоской поверхности, расположенной в передней фокальной плоскости осветительной линзы) каждой интерференционной полосе будет соответствовать свой угол падения. Поэтому такие полосы называют интерференционными полосами равного наклона. Полосы равного наклона локализованы в бесконечности (или в задней фокальной плоскости линзы L).

В соответствии с последней формулой светлые полосы расположены в местах, для которых 2nhcosθ'- l/2=ml, где m - целое число, называемое порядком интерференции. Полоса, соответствующая данному порядку интерференции, обусловлена светом, падающим на пластинку под вполне определенным углом θ. Если ось объектива расположена перпендикулярно пластинке, полосы имеют вид концентрических колец с центром в фокусе. В центре картины порядок интерференции максимален.

При не плоских или не параллельных поверхностях пленки при условии, что угол между ними остается малым и световые лучи падают практически нормально, порядок интерференционной полосы определяется толщиной пленки: каждой интерференционной полосе соответствует совокупность мест пленки, где ее оптическая толщина nh имеет одно и то же значение. По этой причине такие полосы называют обычно полосами равной толщины. Переход от одной полосы к другой соответствует изменению толщины на λ/2.

Чаще всего в интерферометрах используется интерференционная картина в виде полос равной толщины. Полосы равной толщины локализованы вблизи поверхности пленки или тонкой пластинки. Их можно наблюдать невооруженным взглядом либо с помощью лупы или сфокусированного на поверхность микроскопа. В случае клиновидной пластинки (Рис.2) полосы будут параллельны ребру клина, и отстоять на одинаковом расстоянии l друг от друга.

Максимум для длины волны λ в отраженном свете будет там, где Δ=mλ, минимум, когда . В проходящем свете на месте максимума будет минимум и, наоборот. Ширина полос l зависит от угла между плоскостями:

l= . (2)

Формула (2) получена из условий для двух соседних максимумов m-ого и (m-1) порядков: 2nh₁cos θ'- λ/2=mλ

2nh₂cos θ'- λ/2=(m-1)λ

Вычитая из верхнего условия нижнее условие, получим:

2n(h₁ –h₂) cos θ'= λ

Из рис.2 l =

Если бы свет был строго монохроматическим, то могли бы наблюдаться полосы высоких порядков, а, следовательно, пластинки могли бы быть толстыми. Но если имеется смесь цветов, например λ₁ и λ₂, причём λ₁>λ₂, то расстояние между полосами цвета λ₁ больше, чем расстояние между полосами цвета λ₂, и при достаточно больших m, минимум m-го порядка для длины волны λ₁закроет максимум m-го порядка для λ₂ (Рис.3). Этому соответствует условие: (3)

При этом значении m произойдет первое исчезновение интерференционной картины. При дальнейшем возрастании m интерференционные полосы будут то появляться, то исчезать. Иначе обстоит дело, когда длина волны света непрерывно заполняет спектральный интервал (λ₁,λ₂). Чтобы воспользоваться и в этом случае формулой (3), можно разбить спектральный интервал на множество пар бесконечно узких спектральных линий, отличающихся по длине волны на . Тогда, заменяя в формуле (3) Δλ на , получим полное исчезновение интерференционной картины при значении

(4).

При больших значениях m интерференционные полосы появятся, но уже на светлом фоне, т.е. при контрастность интерференционной картины будет мала, практически, картина размывается. Для белого света Δλ~λ и в соответствии с формулой (4) m_пред.=1.