Similar presentations:
Интерференция света
1.
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯСВЕТА
2.
Принцип суперпозиции волнПри наложении волн каждая из
них входит в результирующую
волну независимо друг от друга.
E E1 E2
3. Интерференция двух волн
Волны идут от двух источниковS1 и S2 в разных средах.
4.
Пусть обе волнымонохроматические – одной
частоты ω.
И пусть световой вектор в точке М
направлен вдоль одной и той же
линии для обеих волн.
5.
В точке М надо сложить дваколебания одного направления.
Применим векторную диаграмму.
E0
E02
Разность фаз колебаний в точке М:
2 1
E01
фаза каждого
колебания
t kr
6.
По теореме косинусов амплитударезультирующего колебания
E E E 2 E01 E02 cos
2
0
2
01
2
02
Интенсивность результирующего
колебания
I I1 I 2 2 I1 I 2 cos
Интерференционное
слагаемое
7.
Это слагаемое может быть и >0 и<0 в зависимости от разности фаз.
Если она все время изменяется
(например, ω1 ≠ω2), то среднее по
времени значение косинуса дает
нуль. Тогда просто
I I1 I 2
Нет никакой интерференции.
8.
Интерференция заключается вперераспределении интенсивности
волны между точками пространства.
Она возникает только при наложении
когерентных волн.
Когерентные волны имеют в данной
точке постоянную разность фаз.
Это возможно, только если частоты
колебаний одинаковы (ω1=ω2).
9.
В результате интерференции в однихточках пространства будут
наблюдаться максимумы
интенсивности. В этих точках волны
усиливают друг друга. В других
точках будут наблюдаться
минимумы интенсивности. Там
волны гасят друг друга. Для световых
волн это выглядит как светлые и
темные пятна.
10.
Пусть складываемые колебанияприходят в т. М в одной фазе.
E0
E01
E02
0, 2 , 4 ... 2 m
m 0,1, 2, ...
Тогда cos 1
11.
Интенсивность в точке МImax I1 I 2 2 I1 I 2
Это интерференционный максимум.
При
I1 I 2
Imax I1 I1 2 I1 I1 4 I1
Интенсивность в точке максимума в
4 раза больше, чем у каждой волны.
12.
Пусть складываемые колебанияприходят в т. М в противофазе.
E0
E01
, 3 ... 2m 1
m 0,1, 2, ...
Тогда cos 1
E02
13.
Интенсивность в точке МImin I1 I 2 2 I1 I 2
Это интерференционный минимум.
При
I1 I 2
I 0
14.
МинимумМаксимум
15.
Условия максимума и минимумапри интерференции.
Пусть начальная фаза колебаний одинакова.
Распишем разность фаз в т. М:
1 2 t k1r1 t k2 r2 k2 r2 k1r
k
2
2
0
2 n
0
n2r2 n1r
16.
В скобках стоит разностьоптических путей волн.
2
0
L2 L1
Она называется оптической
разностью хода волн .
L2 L1
17.
Условие максимума:Для максимума колебания должны быть
в одной фазе: = 2 m, m = 0,1,2…
2
0
2 m
max m 0
Если оптическая разность хода равна
целому числу длин волн, то в данной
точке будет интерференционный
максимум.
18.
Условие минимума:Для минимума колебания должны быть в
противофазе: = (2m+1), m = 0,1,2…
2
0
2m 1
1
min m 0
2
Если оптическая разность хода равна
полуцелому числу длин волн, то в
данной точке будет
интерференционный минимум.
19.
Целое число m называютпорядком
интерференционного
максимума или минимума.
20. Виды интерференционных картин
2021.
Интерференция лучей лазера красного цвета22.
КогерентностьДва разных источника никогда не
могут испускать когерентные волны.
Даже волна, испускаемая одним
источником, может быть
некогерентна самой себе.
Есть два типа нарушения
когерентности – пространственный и
временной.
23.
Причина пространственных нарушений когерентности – неточечностьреального источника волн. Разные
атомы, составляющие источник,
излучают несогласованно.
24.
Причина временных нарушений –дискретность излучений атомов.
Атомы излучают не непрерывно, а
цугами.
Из-за этого фаза волны изменяется
скачками.
25.
Такой опыт впервые осуществилТомас Юнг.
26.
Опыт Юнга заключается в наблюдении интерференцииестественного света, прошедшего через два отверстия в
экране. Для обеспечении когерентности излучения,
идущего из 2-х отверстий S1 и S2, свет от естественного
источника пропускается вначале через дополнительный
экран с очень маленьким отверстием S.
27
27.
Схема опыта ЮнгаФиолетовый и красный треугольники подобны, значит:
y
r d
28.
Запишем это для двух соседнихмаксимумов с номерами m и m+1.
r
r
ym m m
d
d
r
r
ym 1 m 1 (m 1)
d
d
r
r
y ym 1 ym m 1 m
d
d
29.
Получили формулу для шириныинтерференционной полосы:
r
y .
d
По ней можно найти d.
30.
Другие способы получения когерентныхисточников.
Зеркала Френеля
31.
БипризмаФренеля
32. Бипризма Френеля
ИнтерферометрыИнтерферометры – это оптические
приборы, использующие законы
интерференции света, проходящего
через исследуемые вещества.
33
33. Интерферометры
Интерферометр ЖаменаWMV-Видео «Интерферометр Жамена»
SWF-Модель «Интерферометр Жамена»
Интерференция света
34
34. Интерферометр Жамена
Интерферометр РэлеяWMV-Видео «Интерферометр Рэлея»
SWF-Модель «Интерферометр Рэлея»
Интерференция света
35
35. Интерферометр Рэлея
Интерферометр МайкельсонаМодель интерферометра Майкельсона
Интерференция света
36
36. Интерферометр Майкельсона
(видеоклип)Интерференция света
38
37. Интерференционная картина в опыте Майкельсона с источником света лампой накаливания
Интерференция в тонких пленках38. Интерферометр Майкельсона (видеоклип)
При нормальном падении светапервый луч проходит “лишний”
оптический путь 2nd.
1
n
2
2nd
d
39.
При отражении света отоптически более плотной среды
фаза волны скачком изменяется
на радиан. Это соответствует
изменению оптической разности
хода на полволны. Говорят, что
луч “теряет” полволны. На
рисунке это делает луч 2.
40.
Оптическая разность ходалучей на рисунке :
2nd
0
2
41.
Если пленка лежит на стекле, иn2>n1, то оба луча теряют
полволны, тогда
1
n1
n2
2
2nd
2nd
d
42.
В проходящем свете лучи не отражаютсяот оптически более плотной среды, и
1
n
2nd
2
2nd
d
43.
Лучи усиливают друг друга, когдаm 0 ,
и гасят, когда
2m 1
0
2
.
44.
Так как при отражении ипрохождении света
отличается на /2, то
максимуму на отражение
соответствует минимум на
прохождение и наоборот.
45.
При падении луча под углом :в отраженном свете
2dn cos
1
2
0
2
2d n sin
2
2
2
в проходящем свете
2dn cos 2d n2 sin2
d
n
0
46.
Рассеянный свет падает и отражается подразными углами. Для каких-то углов могут
выполниться условия минимума, для
других – условия максимума. В результате
будут наблюдаться темные и светлые
кольца. Эти кольца называют полосами
равного наклона. Каждое кольцо
образуется лучами, падающими на пленку
под одинаковым углом с разных
направлений. Если свет белый, кольца
будут радужными.
47.
Интерференция на клинеy
0
2 tg n sin
2
2
угол падения лучей
y
48.
Полосы, образующиеся при интерференции на клине, называются полосамиравной толщины.
49. Интерференция на клине
Мыльный пузырь50.
51. Мыльный пузырь
Интерференция света53
52.
Кольца Ньютона –- пример полос равной толщины
Интерференция возникает
на клине между линзой и
стеклянной подложкой. В
прослойке может быть
вещество (газ,вода, масло)
с показателем
преломления n.
h – толщина зазора, R –
радиус линзы, r – радиус
кольца Ньютона.
53.
Оптическая разность хода лучей: 2nh2
длина волны в веществе клина
В отраженном
свете
В проходящем
свете
r
(2
m
1)
R
m
Светлые
2
Темные
rm mR
rm mR
rm (2m 1) R
m = 1, 2, 3,…. – номер кольца
2
54.
Для белого света кольца будутрадужными.
В отраженном свете в центре картины –
темное пятно (разность хода лучей /2),
в проходящем свете – светлое пятно.
Наблюдения в микроскоп
55.
Модель колец НьютонаИнтерференция света
57
56. Наблюдения в микроскоп
Кольца Ньютона(видеоклип)
58
57. Модель колец Ньютона
Применение интерференции1.Измерение длин волн.
2.Измерение расстояний.
3.Измерение показателя преломления.
4.Контроль напыления микросхем
5.Просветление оптики.
Линзу оптического прибора покрывают
пленкой, такой чтобы выполнялось условие
минимума на отражение. Тогда весь свет
проходит внутрь.
nпленки nлинзы