2014-02-09
1675
Явление интерференции широко используется на практике: для контроля качества обработки поверхностей; для просветления оптики; для наблюдения живых неокрашенных объектов, неконтрастных в проходящем свете (интерференционная микроскопия); в области точных измерений (при определении длин волн спектральных линий и показателей преломления газов n» 1); в метрологии; в санитарной практике для контроля чистоты воздуха; для создания высокоотражающих покрытий, применяемых в лазерной технике. И, наконец, явление интерференции лежит в основе принципиально нового способа получения изображения предметов – голографии. Этот способ позволяет получать не только плоское, но и объемное трёхмерное изображение предметов. Например, голографический гастроскоп позволяет получить объемные снимки некоторых доступных полостей человеческого организма.
Рассмотрим в качестве примера интерференцию света при отражении от тонких пленок. Этот случай имеет большое практическое значение в связи с так называемым «просветлением оптических приборов» – микроскопов, фотоаппаратов, телескопов, перископов и т.д. В сложных объективах оптических приборов происходит значительная потеря световой энергии из-за отражения на поверхностях оптических деталей (линзы, призмы и др.), что ухудшает качество изображения. Число отражающих поверхностей в современных фотообъективах более 10, а в перископах подводных лодок около 40. В результате, из-за отражения через оптическую систему приборов проходит всего 10-20 % света. Ухудшает качество изображения и рассеяние, сопровождающее процесс отражения.
|
|
|
Для устранения этих недостатков, поверхности линз, обращенные к источнику света, покрывают тонкой прозрачной пленкой с показателем преломления меньшим, чем у материала линзы. При падении пучка света на эту пленку часть волны отражается от её поверхности (рис.5, луч 2'), а вторая часть, преломляясь, проникает в пленку и отражается от поверхности линзы (рис.5, луч 1). Выходя через верхнюю поверхность пленки эта часть волны, вторично испытав преломление, будет интерферировать с той частью волны, которая отразилась от поверхности плёнки (рис.5, лучи 1' и 2'). Если подобрать толщину d и показатели преломления пленки n и стекла nс так, чтобы интерферирующие волны 1' и 2' друг друга гасили (т.е. наблюдался min), то это будет означать, что вся энергия падающего пучка света без потерь проходит в прибор. Для этого необходимо, что бы их амплитуды были равны, а разность хода Δ удовлетворяла условию 
. Из теории известно, что амплитуды отражённых лучей равны, если 
. Разность хода двух волн в случае, когда n0 < n < nс можно найти по формуле:
|
|
|
Δ = 2dncosβ = 
. (14)
Здесь d – толщина пленки; n0, n, nс – показатели преломления воздуха, плёнки и стекла линзы, соответственно; β – угол преломления, α – угол падения. Условие min при нормальном падении света примет вид:
. (15)
Т.к. добиться одновременного гашения для всех длин волн невозможно, то это обычно делается для наиболее восприимчивой глазом длины волны λ ≈ 0,55 мкм. Поэтому поверхность объектива с просветлённой оптикой кажется голубой.
Существуют специальные приборы – интерферометры, действие которых основано на явлении интерференции. С помощью интерферометров, разных по конструкции и назначению, решают практические задачи, связанные с очень точными измерениями физических параметров тел (длина, угол, показатель преломления…).
Рассмотрим в качестве примера устройство интерферометра Жамена (рис.6а), который используют в санитарной практике для контроля чистоты окружающей нас атмосферы. Основу этого измерительного прибора образуют две одинаковые толстые зеркальных пластины А и Б, которые установлены почти параллельно друг другу. Пучок света от источника S падает под углом 45° на пластину А и, вследствие отражения от передней и задней поверхностей, раздваивается на когерентные пучки 1 и 2. На пути этих пучков, вытянутых по вертикали, расположены две одинаковые кюветы К1 и К2. Они установлены таким образом, что верхние половины пучков проходят над, а нижние через кюветы К1 и К2. Отразившись от пластины Б, пучки частично собираются вместе (пучки 1' и 2'). Т.к. пластины не параллельны, то между верхней и нижней парой пучков образуется разность хода, и они интерферируют. Интерференционную картину, которая представляет собой чередование светлых и темных участков (рис.6б), наблюдают в зрительную трубу Т. Если теперь одну из кювет, например К1, заполнить газом, то появится дополнительная разность хода:
. (16)
Она вызовет смещение интерференционной картины (рис.6в), что позволяет определить nв. Т.к. смещение интерференционной картины на одну полосу (ширина max + min) соответствует изменению разности хода лучей на одну длину волны, то смещение на m полос будет соответствовать изменению разности хода на Δв = mλ. Теперь
, откуда 
. (17)
