Применение интерференции. Интерферометр Фабри-Перо.

Явление интерференции применяется для обнаружения дефектов, либо для определения качества обработки поверхности, либо для определения показателей преломления с очень высокой степенью точности. Для этих целей применяются интерферометры –оптические измерительные приборы, основанные на

 

интерференции света. Они позволяют с высокой степенью точности измерять линейные и угловые расстояния, малые разности показателей преломления, исследовать структуру спектральных линий и т.п.

Среди спектральных аппаратов можно назвать интерферометр или эталон Фабри-Перо. С его помощью исследуется структура спектральных линий. Он дает полосы равного наклона.

Он состоит из двух стеклянных или кварцевых пластинок, между которыми -обычно находится воздух. Плоские поверхности пластинок, обращенные друг к другу, тщательно отшлифованы и покрыты высокоотражающими слоями (серебро, алюминий, многослойные диэлектрические покрытия). Отражательная способность зеркальных поверхностей пластинок при металлическом покрытии может быть доведена до 95%, а при диэлектрических – до 98%. Параллельность зеркальных поверхностей достигается с помощью распорного кольца из инвара или плавленого кварца, помещаемого между пластинками. Кольцо снабжено тремя выступами с каждой стороны, к которым пластинки прижимаются при помощи трех пружин. Выступы подшлифованы так, что поверхности устанавливаются параллельно друг другу. Интерферометр, в котором используются распорные кольца, наз. эталоном Ф.-П. Располагая набором эталонов с кольцами разной толщины, можно производить измерения при различных расстояниях между зеркальными поверхностями. Наружные поверхности пластинок обычно образуют небольшие углы с внутренними, чтобы отраженный от них светлый блик не мешал наблюдению основной интерференционной картины. Т.о. интерферометр Ф.-П. Можно рассматривать как плоскопараллельную воздушную пластинку, на которой происходят многократные отражения световых лучей и последующая интерференция их.

Интерференционная картина состоит из концентрических колец равного наклона. Интерференционные максимумы тем уже, чем больше отражательная способность зеркальных поверхностей пластинок. Расстояние между зеркалами обычно составляет 1-100 мм, а в специальных эталонах доходит до 1 м. Поэтому порядки интерференции очень высоки (при h=5мм ). Ввиду малости угла условие главного интерференционного максимума можно записать в виде . Отсюда угловая дисперсия интерферометра Ф.-П.

Преимущества: 1. При рабочих условиях ( рад) угловая дисперсия инт. Ф.-П. значительно превышает дисперсию других спектральных аппаратов.

Большая светосила, поэтому он получил большое распространение. Принцип инт. Ф.-П. был использован также в объемных резонаторах оптических квантовых генераторов.

В данном приборе интерферирующие пучки образуются в результате отражений света. Получаемый в нем спектр определенного порядка есть не что иное, как интерференционная полоса равного наклона. Дисперсионная область определяется общей формулой . Для интерферометра Ф.-П. порядок спектра m можно вычислить по формуле , где h-расстояние между отражающими поверхностями интерферометра. В нем интерферируют пучки, интенсивность которых медленно убывает с возрастанием номера пучка. Если бы число пучков было бесконечно, то спектр содержал бы только одни главные максимумы и никаких добавочных. Т.о. критерий Рэлея теряет смысл. Есть другой критерий, который для разрешающей способности инт. Ф.-П. приводит к формуле . Роль числа интерферирующих пучков N играет величина , практически равная , т.е. убывание интенсивности эквивалентно ограничению числа эффективно действующих пучков без учета их ослабления. Число таких пучков пропорционально .

 

Просветление оптики.

Интерференция при отражении от тонких пленок лежит в основе просветления оптики. Прохождение света через каждую преломляющую поверхность линзы сопровождается отражением примерно 4% падающего света. В сложных объективах такие отражения совершаются многократно и суммарная потеря светового потока достигает заметной величины. Кроме того, отражения от поверхностей линз приводят к возникновению бликов. В просветленной оптике для устранении отражения света на каждую свободную поверхность линзы наносится тонкая пленка вещества с показателем преломления иным, чем у линзы. Толщина пленки подбирается так, чтобы волны, отраженные от обеих ее поверхностей, погашали друг друга. Особенно хороший результат достигается в том случае, если показатель преломления пленки равен корню квадратному из показателя преломления линзы. При этом условии интенсивность обеих отраженных от поверхностей пленки волн одинакова.

Применение интерференции.

Явление интерференции применяется для обнаружения дефектов либо для определения показателя преломления с очень высокой точностью. Для этих целей применяются интерферометры.

10. Метод зеркал Френеля для наблюдения итнтерференции света. Расчёт интерференционной картины.

Для получения когерентных световых волн с помощью обычных (не лазерных источников) применяют метод разделения света от одного источника на две или несколько систем волн. В каждой из них представлено излучение одних и тех же атомов источников, так что из-за общности происхождения эти системы волн когерентны между собой и интерферируют при наложении. Разделение света на когерентные системы волн можно осуществить путем его отражения или преломления.

Бизеркало Френеля

Свет от точечного источника S падает на два плоских зеркала m₁C m₂C расположенных перпендикулярно плоскости рисунка и соединенных по линии С. Угол между плоскостями зеркал очень мал. Свет от источника S распространяется после отражения от зеркал в виде двух пучков с центрами в точках S₁ и S₂ являющихся мнимыми изображениями источника S в зеркалах. Эти пучки когерентны и при наложении дают на экране интерференционную картину (область ВС, называемая полем интерференции). Результат интерференции в некоторой точке О экрана зависит от длины волны света λ и разности хода волн от когерентных мнимых источников S₁ S₂ до точки M: Начальные фазы колебания источников S₁ S₂ одинаковы, поэтому условия интерференционных максимумов и минимов имеют вид: максимум m-го порядка

минимум m-го порядка

Расчет интерференционной картины

 

 

; AB=2aφ (длина хорды);

l=a+b; d=S’S’’=2bφ

CO=a; SC=b=S’C=S’’C