Получение когерентных пучков делением амплитуды. Интерференция в тонких пленках. Полосы равного наклона и равной толщины. Кольца Ньютона.

Происхождение интерференционной картины и способ ее получения определяет вид и зависит от способа.

Рассмотрим интерферирующее устройство, представляющее собой слой прозрачного диэлектрика с частично пропускаемыми и отражаемыми поверхностями, в котором возникает геометрическая разность хода при произвольном угле падения света на это устройство.

К такому типу интерферометров относятся плоско-параллельные и клиновидные пластины (тонкие пленки, кольца ньютона) и интерферометры, расщепляющие пучки света с помощью зеркал (интерферометр Фабри-Перо)

Различают 3 вида интерференционных полос, которые получаются при следующих условиях:

1. Полосы равного наклона, которые возникают между параллельными пучками света, которые после прохождения интерферометра приобретают определенную разность хода.

{ λ=const }

{ Δ=const } угол φ меняется

2. Полосы равной толщины, возникают в том случае, если интерферирующие пучки после прохождения интерферометра имеют реальное и мнимое пересечение в пространстве изображений.

λ=const}

φ=const} Δ меняется

3. Полосы равного хроматического порядка.

φ =const}

Δ =const} λ меняется

Достаточно сложные амплитудные системы, в которых требуется очень точное измерение толщины плоскопараллельной пластины или воздушных зазоров.

 

Рассмотрим ход луча в плоско-параллельной пластинке

Экран надо располагать в фокусе.

Пусть n1=1,n2=n;

Δ = |AE|

Δ = (AB+BC)

Δ = (AB+BC)n-AE-λ/2 – с учетом потери половины волны в точке А, так как n1=1>n2=n

Если будет выполняться противоположное условие, то потеря λ/2 будет переходить в точку B и «-λ/2» меняется на «+λ/2»

AB=BC=d/cosΘ }

AE=AC*sinφ,sinφ=n*sinΘ} Δ=2nd*cosΘ-+ λ/2

max: Δ=mλ,2k*λ/2;m=0,+-1,+-2…;k=0,+-1,+-2..

min: Δ=(2k+1)*λ/2

Если на пластинку падают не параллельные пучки света, то интерферирующие пучки будут иметь все возможные направления распространения и при заданной толщине d и заданном показателе преломления n каждому углу падения φ будет соответствовать своя интерференционная картина, поэтому такие полосы будут называться полосами равного наклона.

 

При оксиально симметричном распространении падающих пучков, линии равного наклона являются окружностями.

 

Даже если источник света протяженный и различные его точки излучают не когерентно, то интерференционная картина зависит лишь от угла падения => конечность размеров источника не смазывает картину полос равного наклона.

 

Полосы равной величины

В световом потоке, исходящем из источника S монохроматического света всегда присутствует волна 2, интерферирующая в точке C с волной 1, прошедшей по пути SABC. Если источник расположен достаточно далеко от поверхности клина и угол между поверхностями клина достаточно мал (эти условия на практике при изучении такой схемы интерференции, как правило, выполняются), то оптическая разность хода приблизительно определяется при прочих равных условиях толщиной клина в точке C и высчитывается по той же формуле, что и для плоско-параллельной пластинки. Δ=2nd*cosΘ-+ λ/2

Однако в этом случае интерференционная картина локализована на верхней поверхности клина. Интерференционную картину можно также наблюдать и с помощью линзы на экране. В этом случае поверхность проецируется на экран наблюдения. Линии одинаковой интенсивности совпадают с линиями постоянной толщины пластины, поэтому соответствующие интерференционные полосы называются полосами равной толщины.

Кольца Ньютона.

Примером интерференционной схемы, в которой наблюдаются полосы равной толщины, является воздушная прослойка, образованная между плоской поверхностью стекла и положенной на нее плосковыпуклой линзой (или наоборот)

В этом случае линии равной толщины – окружности, поэтому интерференционная картина имеет вид концентрических колец. Потеря полволны происходит на нижней поверхности воздушного клина.

Если h – толщина воздушного клина в точке минимума картины (темное кольцо), R – радиус кривизны линзы, то r этого 2 кольца определяются так:

r²=R²-(R-h)²

считая, что h/r <<1, то h=r²/(2r)

r_m=√Rλm, m=0,+-1,+-2…

Эти концентрические окружности называются кольцами Ньютона. Интерференционная картина наблюдается как в отраженном, так и в пройденном свете. Если в отраженном свете – max, то в проходящем в данной точке – min.

Интерференционная картина может наблюдаться и в белом свете (полосы будут цветными)

Все интерференционные картины, которые рассмотрены выше, соответствую двулучевой интерференции, но можно наблюдать и многолучевую интерференцию,