Zastosowanie interferencji, interferencja cienkowarstwowa

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Dziś porozmawiamy o wykorzystaniu ingerencji w nauce i życiu codziennym, ujawnimy fizyczne znaczenie tego zjawiska oraz opowiemy o historii jego odkrycia.

Definicje i dystrybucje

Zanim zaczniesz mówić o znaczeniu zjawiska w przyrodzie i technologii, najpierw musisz podać definicję. Dziś rozważamy zjawisko, które uczniowie uczą się na lekcjach fizyki. Dlatego zanim opiszemy praktyczne zastosowanie interferencji, przejdźmy do podręcznika.

Na wstępie należy zauważyć, że zjawisko to dotyczy wszystkich rodzajów fal: tych, które powstają na powierzchni wody lub podczas badań. Tak więc interferencja to wzrost lub zmniejszenie amplitudy dwóch lub więcej spójnych fal, które występują, gdy spotykają się one w jednym punkcie przestrzeni. Maksima w tym przypadku nazywane są antywęzłami, a minima węzłami. Definicja ta zawiera pewne właściwości procesów oscylacyjnych, które ujawnimy nieco później.

Obraz wynikający z nakładania się na siebie fal (a może być ich dużo) zależy tylko od różnicy faz, w której oscylacje dochodzą do jednego punktu w przestrzeni.

Światło jest także falą

Naukowcy doszli do tego wniosku już w XVI wieku. Podstawy optyki jako nauki położył światowej sławy angielski naukowiec Isaac Newton. To on jako pierwszy zdał sobie sprawę, że światło składa się z pewnych elementów, których ilość decyduje o jego barwie. Naukowiec odkrył zjawisko dyspersji i załamania. I jako pierwszy zaobserwował interferencję światła na soczewkach. Newton badał takie właściwości promieni, jak kąt załamania w różnych ośrodkach, podwójne załamanie i polaryzacja. Przypisuje mu się pierwsze zastosowanie interferencji fal dla dobra ludzkości. I to Newton zdał sobie sprawę, że gdyby światło nie było wibracjami, nie wykazywałoby wszystkich tych cech.

Właściwości świetlne

Właściwości falowe światła obejmują:

1. Długość fali. Jest to odległość między dwoma sąsiednimi szczytami jednej huśtawki. To właśnie długość fali określa kolor i energię promieniowania widzialnego.
2. Częstotliwość. Jest to liczba pełnych fal, które mogą wystąpić w ciągu jednej sekundy. Wartość jest wyrażona w hercach i jest odwrotnie proporcjonalna do długości fali.
3. Amplituda. Jest to „wysokość” lub „głębokość” oscylacji. Wartość zmienia się bezpośrednio, gdy zakłócają się dwie oscylacje. Amplituda pokazuje, jak silnie pole elektromagnetyczne zostało zakłócone, aby wygenerować tę konkretną falę. Ustawia również siłę pola.
4. Faza fali. Jest to część oscylacji, która jest osiągana w danym momencie. Jeżeli dwie fale spotykają się w tym samym punkcie podczas interferencji, to ich różnica faz będzie wyrażona w jednostkach π.
5. Koherentne promieniowanie elektromagnetyczne jest nazywane zte same cechy. Spójność dwóch fal implikuje stałość ich różnicy faz. Nie ma naturalnych źródeł takiego promieniowania, są one tworzone tylko sztucznie.

Pierwsza aplikacja jest naukowa

Sir Isaac ciężko pracował nad właściwościami światła. Zaobserwował dokładnie, jak zachowuje się wiązka promieni, gdy napotyka pryzmat, walec, płytkę i soczewkę z różnych refrakcyjnych przezroczystych mediów. Kiedyś Newton umieścił wypukłą szklaną soczewkę na szklanej płytce zakrzywioną powierzchnią w dół i skierował strumień równoległych promieni na konstrukcję. W rezultacie promieniście jasne i ciemne pierścienie rozchodzą się od środka soczewki. Naukowiec od razu domyślił się, że takie zjawisko można zaobserwować tylko wtedy, gdy w świetle występuje jakaś okresowa właściwość, która gdzieś gasi wiązkę, a gdzieś przeciwnie, ją wzmacnia. Ponieważ odległość między pierścieniami zależała od krzywizny soczewki, Newton był w stanie w przybliżeniu obliczyć długość fali oscylacji. W ten sposób angielski naukowiec po raz pierwszy znalazł konkretne zastosowanie dla zjawiska interferencji.

Zakłócenia szczelin

Dalsze badania właściwości światła wymagały przygotowania i przeprowadzenia nowych eksperymentów. Najpierw naukowcy nauczyli się tworzyć spójne wiązki z dość niejednorodnych źródeł. Aby to zrobić, strumień z lampy, świecy lub słońca został podzielony na dwa za pomocą urządzeń optycznych. Na przykład, gdy wiązka uderza w szklaną płytę pod kątem 45 stopni, to jej częśćzałamuje się i przechodzi, a część zostaje odbita. Jeśli te strumienie są równoległe za pomocą soczewek i pryzmatów, różnica faz w nich będzie stała. Aby w eksperymentach światło nie wychodziło jak wentylator ze źródła punktowego, wiązkę wykonano równolegle za pomocą soczewki o małej ogniskowej.

Kiedy naukowcy nauczyli się wszystkich tych manipulacji światłem, zaczęli badać zjawisko interferencji na różnych otworach, w tym na wąskiej szczelinie lub szeregu szczelin.

Zakłócenia i dyfrakcja

Doświadczenie opisane powyżej stało się możliwe dzięki innej właściwości światła - dyfrakcji. Pokonując przeszkodę na tyle małą, że można ją porównać z długością fali, oscylacja jest w stanie zmienić kierunek jej propagacji. Dzięki temu po wąskiej szczelinie część wiązki zmienia kierunek propagacji i oddziałuje z belkami, które nie zmieniły kąta nachylenia. Dlatego zastosowania interferencji i dyfrakcji nie mogą być od siebie oddzielone.

Modele i rzeczywistość

Do tego momentu używaliśmy modelu idealnego świata, w którym wszystkie wiązki światła są do siebie równoległe i spójne. Również w najprostszym opisie interferencji sugeruje się, że zawsze napotyka się promieniowanie o tych samych długościach fal. Ale w rzeczywistości wszystko nie jest takie: światło jest najczęściej białe, składa się na nie wszystkie wibracje elektromagnetyczne, które zapewnia Słońce. Oznacza to, że zakłócenia występują zgodnie z bardziej złożonymi prawami.

Cienkie filmy

Najbardziej oczywisty przykład tego rodzajuoddziaływanie światła to padanie wiązki światła na cienką warstwę. Kiedy w miejskiej kałuży jest kropla benzyny, powierzchnia mieni się wszystkimi kolorami tęczy. I to jest właśnie wynik ingerencji.

Światło pada na powierzchnię filmu, ulega załamaniu, pada na granicę benzyny i wody, zostaje odbite i ponownie załamane. W rezultacie fala spotyka się na wyjściu. W ten sposób tłumione są wszystkie fale, z wyjątkiem tych, dla których spełniony jest jeden warunek: grubość warstwy jest wielokrotnością długości fali połówkowej. Wtedy na wyjściu oscylacja spotka się z dwoma maksimami. Jeśli grubość powłoki jest równa całej długości fali, to wyjście nałoży maksimum na minimum, a promieniowanie samo zgaśnie.

Z tego wynika, że im grubszy film, tym większa musi być długość fali, która wyjdzie z niej bez strat. W rzeczywistości cienka warstwa pomaga uwydatnić poszczególne kolory z całego spektrum i może być stosowana w technologii.

Sesje zdjęciowe i gadżety

Co dziwne, niektóre zastosowania zakłóceń są znane wszystkim fashionistom na całym świecie.

Głównym zadaniem pięknej modelki jest dobrze wyglądać przed kamerami. Do sesji zdjęciowej przygotowuje cały zespół: stylistka, wizażystka, projektantka mody i wnętrz, redaktorka magazynu. Irytujący paparazzi mogą zaczaić się na modelkę na ulicy, w domu, w śmiesznych ubraniach i śmiesznej pozie, a następnie wystawić zdjęcia na widok publiczny. Ale dobry sprzęt jest niezbędny dla wszystkich fotografów. Niektóre urządzenia mogą kosztować kilka tysięcy dolarów. WśródGłówną cechą takiego sprzętu będzie z pewnością oświecenie optyki. A zdjęcia z takiego urządzenia będą bardzo wysokiej jakości. W związku z tym zdjęcie gwiazdy bez przygotowania również nie będzie wyglądać tak nieatrakcyjnie.

Okulary, mikroskopy, gwiazdy

Podstawą tego zjawiska jest ingerencja w cienkie warstwy. To ciekawe i powszechne zjawisko. I znajduje zastosowania interferencji światła w technice, którą niektórzy ludzie trzymają w dłoniach każdego dnia.

Ludzkie oko najlepiej odbiera zielony kolor. Dlatego zdjęcia pięknych dziewczyn nie powinny zawierać błędów w tym konkretnym obszarze spektrum. Jeśli na powierzchnię aparatu zostanie nałożona folia o określonej grubości, to taki sprzęt nie będzie miał zielonych refleksów. Jeśli uważny czytelnik kiedykolwiek zauważył takie szczegóły, powinien był być zaskoczony obecnością tylko czerwonych i fioletowych refleksów. Ta sama folia jest nakładana na okulary.

Ale jeśli mówimy nie o ludzkim oku, ale o beznamiętnym urządzeniu? Na przykład mikroskop musi rejestrować widmo w podczerwieni, a teleskop musi badać ultrafioletowe składniki gwiazd. Następnie nakładana jest folia antyrefleksyjna o innej grubości.