Контрольні питання

1.У чому полягає явище інтерференції?

2.Що розуміють під оптичною різницею ходу?

3.Чому не спостерігається явище інтерференції від двох незалежних джерел світла ?

4.Які вам відомі методи отримання когерентних хвиль в оптиці?

5.Намалюйте хід променів в біпризмі Френеля.

6.Чому заломлюючий кут біпризми повинен бути малим?

7.Як зміниться інтерференційна картина, якщо не користуватися світлофільтрами?

8.Як зміниться інтерференційна картина, якщо змінити світлофільтр(тобто довжину хвилі)? Або змінити різницю довжин хвиль?

Лабораторна робота №4 визначення довжини світлової хвилі за допомогою кілець ньютона і дослідження часової когерентності випромінювання

Мета роботи: визначення довжини хвилі монохроматичного світла за допомогою кілець Ньютона, вивчення впливу часової когерентності випромінювання різних джерел світла на видимість інтерференційної картини й оцінка ширини спектрального інтервалу досліджуваного випромінювання.

Обладнання:

1)мікроскоп, в тубусі якого розміщений мікроскоп із шкалою: джерело світла; випрямляч ВС-6; лінза з радіусом кривизни 25см; скляна пластинка; світлофільтр.

2)мікроскоп типу МБР-1 з приладом для спостереження в відбитому світлі (опак-ілюмінатором); лінза в спеціальній оправі, яка надягається на об’єктив мікроскопа; лампа розжарювання; газорозрядна лампа (ртутна або натрієва); скляні світлофільтри.

Теоретичні відомості

Інтерференцією називають накладання світлових хвиль однакової частоти і постійної різниці фаз, при якому вони стабільно підсилюються або послаблюються.

Джерела світла, які випромінюють промені однакової частоти і постійної різниці початкових фаз називаються когерентними.

Якщо тонка пластинка (плівка) плоскопаралельна та падаючий на неї пучок світла - паралельний, то при відбиванні має місце якась одна умова інтерференції (максимум, або мінімум, або проміжне значення інтенсивності). Проте, якщо плівка не плоскопаралельна, тобто її товщина змінна, то в різних місцях її умови інтерференції різні. Геометричне місце точок, в яких умова інтерференції однакова, відповідає місцям, в яких плівка має однакову товщину. В випадку клина (наприклад, повітряний клин між двома пластинками) однакова товщина буде в місцях, розташованих на прямих, проведених паралельно ребру клина. При проходженні монохроматичного світла через такий клин інтерференційна картина в відбитому світлі складається з світлих та темних смуг, паралельних ребру клина. Кожна така смуга відповідає місцям однакової товщини. Інтерференційні смуги, які виникають в результаті інтерференції від місць однакової товщини називають смугами рівної товщини.

Інтерференційна картина, що спостерігається у повітряному проміжку між сферичною поверхнею опуклої лінзи і плоскою поверхнею пластинки. (рис.1) називається кільцями Ньютона.

При достатньо великому R повітряний зазор між лінзою і плоскопаралельною пластинкою буде достатньо малий і тому світлові хвилі, що утворилися внаслідок відбивання на межі лінза-повітря, повітря-пластинка – когерентні. В залежності від товщини повітряного клину h, одержимо систему когерентних хвиль з різною різницею хода. В силу симетрії установки, одержимо інтерференційну картину у вигляді кілець з центром в точці дотику.

r

Рис. 1

Товщина повітряного проміжку на відстані r від точки дотику поверхонь .

Якщо, R значно більше r, то

.

При нормальному падінні світла умова для радіусів темних інтерференційних смуг має вигляд , де m=0,1,2…, тобто радіус кілець пропорційний кореню квадратному с позитивних цілих чисел. Радіус світлих кілець , де m=1, 2,3,…

Ці співвідношення дають можливість оцінити довжину хвилі.

Але із-за пружної деформації неможливо добитися ідеального дотику сферичної лінзи і плоскої пластини, тому більш вірний результат буде, якщо розрахувати R по різниці радіусів двох кілець r_m і r_n:

.

Звідси .