Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 26
Определение длины волны света при помощи колец Ньютона
1. Интерференция света
К видимой области света относятся электромагнитные волны с длиной волны 400 - 800 нм. Вектор электромагнитной волны называют световым. Опыт показывает, что физиологическое, фотохимическое и фотоэлектрическое действие света определяется его частотой и интенсивностью I, которая пропорциональна квадрату амплитуды светового вектора.
В простейшем случае, когда плоская гармоническая электромагнитная волна с частотой распространяется вдоль оси , вектор колеблется вдоль оси , а вектор - вдоль оси ; колебания вектора в любой точке x происходят по закону:
. (1)
Если вектор колеблется только вдоль одного направления,тотакая волна является линейно поляризованной.
Модуль среднего по времени вектора плотности потока энергии, переносимой световой волной, называется интенсивностью I cвета в данной точке пространства. Так как световые волны обладают всеми свойствами электромагнитных волн, то для них наблюдается явление интерференции.
Результирующая интенсивность в любой точке пространства, где перекрываются два пучка света от независимых, с хаотически меняющейся разностью фаз источников, равна сумме интенсивностей и , налагающихся пучков
. (2)
Если перекрывающиеся лучи света не являются независимыми, то при определенных условиях равенство (2) может не выполняться. В этом случае наблюдается явление интерференции- явление устойчивого во времени перераспределения энергии колебаний в пространстве, в результате чего интенсивность света в определенных точках пространства увеличивается, а в других уменьшается по сравнению с (2).
Интерференция, возникающая при наложении двух волн, называется двухлучевой, при наложении многих волн - многолучевой. Устойчивая интерференционная картина наблюдается при наложении когерентных волн. Когерентные волны - волны, разность фаз которых не изменяется со временем; это возможно только при одинаковой частоте складываемых колебаний.
Излучение любого реального источника не является строго монохроматическим, поэтому когерентность сохраняется только в течение короткого промежутка времени. Каждый из атомов испускает свет только в течение некоторого времени , затем процесс излучения прерывается и вновь возникшее излучение будет иметь другую начальную фазу. Для получения когерентных волн берется один источник, а излучаемую им волну делят на две или несколько частичных волн, используя явления отражения и преломления света.
то, колебания будут максимально ослабляться.
Разность фаз складываемых колебаний в точке (рис. 1) равна . Учитывая, что разность фаз можно выразить как
, (3)
где (4)
Cкалярная величина называется оптической разностью хода волн 1 и 2.
Теперь условия усиления и ослабления света могут быть определены через оптическую разность хода двух когерентных волн:
1) условие усиления (5)
2) условие ослабления (6)
2. Интерференция света при отражении от клинообразной пластинки
Интерференционная картина, которая получается при освещении тонкой кклинообразной пластинки пучком параллельных
Рис.2
лучей, называется полосами равной толщины. На рис. 2 показан ход световых лучей. Падающая на поверхность световая волна 0 частично отражается (1), частично проходит внутрь клина и отражается от нижней поверхности (2). При небольшом угле оптическую разность хода волн 2 и 1 можно с достаточной степенью точности вычислить по формуле
, (7)
где - толщина клина в месте падения луча,
- показатель преломления вещества клина,
- угол преломления света в клине,
- длина световой волны, падающей на клин.
Присутствие последнего слагаемого в (7) обусловлено "потерей полуволны" при отражении от оптически более плотной среды. Световые волны 1 и 2, отраженные от внешней и внутренней поверхностей клина, когерентны и интерферируют, пересекаясь в плоскости QQ’.Для наблюдения интерференционной картины вблизи клина помещают линзу Л, а за ней экран Э. Наиболее четкая интерференционная картина наблюдается в том случае, когда экран сопряжен с плоскостью QQ’. На экране видна система светлых и темных полос. Каждая из полос образуется за счет отражения от мест пластинки, имеющих одинаковую оптическую толщину, т.е. одинаковое произведение nd. Поэтому в данном случае интерференционные полосы называются полосами равной толщины.