Прилагане на интерференция, тънкослойна интерференция

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Днес ще говорим за използването на намеса в науката и ежедневието, ще разкрием физическото значение на този феномен и ще разкажем за историята на неговото откриване.

Дефиниции и разпределения

Преди да говорим за значението на едно явление в природата и технологиите, първо трябва да дадете определение. Днес разглеждаме явление, което учениците изучават в уроците по физика. Ето защо, преди да опишем практическото приложение на интерференцията, нека се обърнем към учебника.

Като начало трябва да се отбележи, че това явление се отнася за всички видове вълни: тези, които възникват на повърхността на водата или по време на изследване. И така, интерференцията е увеличаване или намаляване на амплитудата на две или повече кохерентни вълни, което се случва, ако се срещнат в една точка от пространството. Максимумите в този случай се наричат антивъзли, а минимумите се наричат възли. Това определение включва някои свойства на осцилаторните процеси, които ще разкрием малко по-късно.

Картината, която се получава от наслагването на вълни една върху друга (а може да има много от тях), зависи само от фазовата разлика, в която трептенията достигат до една точка в пространството.

Светлината също е вълна

Учените стигнаха до това заключение още през шестнадесети век. Основите на оптиката като наука са положени от световноизвестния английски учен Исак Нютон. Именно той пръв разбра, че светлината се състои от определени елементи, чието количество определя цвета му. Ученият открива феномена на дисперсия и пречупване. И той беше първият, който наблюдава интерференцията на светлината върху лещите. Нютон изследва такива свойства на лъчите като ъгъла на пречупване в различни среди, двойно пречупване и поляризация. На него се приписва първото прилагане на вълнова интерференция в полза на човечеството. И Нютон разбра, че ако светлината не е вибрация, тя няма да проявява всички тези характеристики.

Леки свойства

Вълновите свойства на светлината включват:

1. Дължина на вълната. Това е разстоянието между две съседни върхове на един замах. Дължината на вълната определя цвета и енергията на видимото излъчване.
2. Честота. Това е броят на пълните вълни, които могат да възникнат за една секунда. Стойността се изразява в херци и е обратно пропорционална на дължината на вълната.
3. Амплитуда. Това е "височината" или "дълбочината" на трептението. Стойността се променя директно, когато две трептения се намесват. Амплитудата показва колко силно е било нарушено електромагнитното поле, за да се генерира тази конкретна вълна. Той също така задава силата на полето.
4. Вълнова фаза. Това е частта от трептенето, която се достига в даден момент. Ако две вълни се срещнат в една и съща точка по време на интерференция, тогава тяхната фазова разлика ще бъде изразена в единици π.
5. Кохерентното електромагнитно излъчване се нарича ссъщите характеристики. Кохерентността на две вълни предполага постоянството на тяхната фазова разлика. Няма естествени източници на такова излъчване, те са създадени само изкуствено.

Първото приложение е научно

Сър Айзък работи усилено и усилено върху свойствата на светлината. Той наблюдава как точно се държи лъч лъчи, когато срещне призма, цилиндър, плоча и леща от различни пречупващи прозрачни среди. Веднъж Нютон постави изпъкнала стъклена леща върху стъклена плоча с извита повърхност надолу и насочи поток от успоредни лъчи върху структурата. В резултат на това радиално ярки и тъмни пръстени се отклоняват от центъра на лещата. Ученият веднага предположи, че подобно явление може да се наблюдава само ако има някакво периодично свойство в светлината, което някъде гаси лъча, а някъде, напротив, го засилва. Тъй като разстоянието между пръстените зависи от кривината на лещата, Нютон успя да изчисли приблизително дължината на вълната на трептението. Така английският учен за първи път намира конкретно приложение за явлението интерференция.

Намеса на процепа

По-нататъшни проучвания на свойствата на светлината изискват настройка и провеждане на нови експерименти. Първо, учените се научиха как да създават кохерентни лъчи от доста разнородни източници. За да направите това, потокът от лампа, свещ или слънце беше разделен на две с помощта на оптични устройства. Например, когато лъч удари стъклена плоча под ъгъл от 45 градуса, тогава част от неясе пречупва и преминава, а част се отразява. Ако тези потоци се направят успоредно с помощта на лещи и призми, фазовата разлика в тях ще бъде постоянна. И така, че в експериментите светлината да не излиза като вентилатор от точков източник, лъчът е направен успоредно с помощта на обектив с близък фокус.

Когато учените научиха всички тези манипулации със светлината, те започнаха да изучават феномена на интерференция върху различни дупки, включително тесен процеп или серия от процепи.

Интерференция и дифракция

Описаното по-горе преживяване стана възможно благодарение на друго свойство на светлината - дифракция. Преодолявайки препятствие, достатъчно малко, за да бъде сравнено с дължината на вълната, трептенето е в състояние да промени посоката на своето разпространение. Поради това, след тесен процеп, част от лъча променя посоката на разпространение и взаимодейства с лъчи, които не са променили ъгъла на наклон. Следователно приложенията на интерференция и дифракция не могат да бъдат отделени едно от друго.

Модели и реалност

До този момент ние използвахме модела на идеален свят, в който всички лъчи светлина са успоредни един на друг и кохерентни. Също така, в най-простото описание на интерференцията се подразбира, че винаги се срещат излъчвания с еднакви дължини на вълната. Но в действителност всичко не е така: светлината най-често е бяла, тя се състои от всички електромагнитни вибрации, които Слънцето предоставя. Това означава, че смущенията възникват според по-сложни закони.

Тънки филми

Най-очевидният пример от този видвзаимодействието на светлината е падането на лъч светлина върху тънък филм. Когато в градска локва има капка бензин, повърхността блести с всички цветове на дъгата. И това е точно резултат от намесата.

Светлината пада върху повърхността на филма, пречупва се, пада на границата на бензин и вода, отразява се и отново се пречупва. В резултат на това вълната се среща на изхода. По този начин всички вълни се потискат, с изключение на тези, за които е изпълнено едно условие: дебелината на филма е кратна на половин цяло число дължина на вълната. Тогава на изхода трептенето ще се срещне с два максимума. Ако дебелината на покритието е равна на цялата дължина на вълната, тогава изходът ще наслагва максимума върху минимума и излъчването ще изгасне сама.

От това следва, че колкото по-дебел е филмът, толкова по-голяма трябва да бъде дължината на вълната, която ще излезе от него без загуба. Всъщност тънък филм помага да се подчертаят отделни цветове от целия спектър и може да се използва в технологиите.

Фотосесии и джаджи

Колкото и да е странно, някои приложения на смущения са познати на всички модници по света.

Основната работа на красивата жена модел е да изглежда добре пред камерите. Цял екип подготвя жени за фотосесия: стилист, гримьор, моден и интериорен дизайнер, редактор на списание. Досадните папараци могат да дебнат модел на улицата, вкъщи, в смешни дрехи и нелепа поза, а след това да излагат снимките на публично място. Но доброто оборудване е от съществено значение за всички фотографи. Някои устройства могат да струват няколко хиляди долара. МеждуОсновните характеристики на такова оборудване непременно ще бъдат просветляването на оптиката. И снимките от такова устройство ще бъдат с много високо качество. Съответно, снимка на звезда без подготовка също няма да изглежда толкова непривлекателна.

Очила, микроскопи, звезди

В основата на това явление е интерференцията в тънките филми. Това е интересно и често срещано явление. И намира приложения за леки смущения в техника, която някои хора държат в ръцете си всеки ден.

Човешкото око най-добре възприема зеления цвят. Следователно снимките на красиви момичета не трябва да съдържат грешки в тази конкретна област от спектъра. Ако върху повърхността на камерата се нанесе филм със специфична дебелина, тогава такова оборудване няма да има зелени отражения. Ако внимателният читател някога е забелязал подобни детайли, тогава би трябвало да бъде поразен от наличието само на червени и лилави отблясъци. Същият филм се прилага и върху очила за очила.

Но ако не говорим за човешкото око, а за безстрастно устройство? Например, микроскопът трябва да регистрира инфрачервения спектър, а телескопът трябва да изследва ултравиолетовите компоненти на звездите. След това се нанася антирефлексно фолио с различна дебелина.