- •34. Основные законы геометрической оптики. Принцип Ферма. Полное внутреннее отражение. Призмы.
- •35. Оптические системы. Аберрации оптических систем.
- •36. Интерференция света. Понятие о когерентности.
- •37. Методы наблюдения интерференции в оптике. Интерференция в тонких плёнках. Интерферометры. Применение интерференции.
- •38. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля.
- •39. Дифракция Фраунгофера на щели. Дифракционная решетка. Дифракция рентгеновских лучей. Формула Вульфа-Брэгга.
- •40. Поляризация света.
- •41. Поглощение и рассеяние света.
- •42. Дисперсия света. Фазовая и групповая скорости. Эффект Вавилова-Черенкова.
- •43. Корпускулярно-волновой дуализм.
- •44. Фотоэлектрический эффект. Фотоны. Уравнение Эйнштейна.
- •45. Тепловое излучение. Законы излучения абсолютно черного тела.
- •46. Волновая функция и ее физический смысл. Уравнение Шредингера.
- •47. Опыт Штерна и Герлаха. Спин и магнитный момент электрона. Квантование энергии, момента импульса и проекции момента импульса.
- •48. Электроны в кристалле. Энергетические зоны.
- •49. Принцип Паули. Периодическая система элементов Менделеева
- •50. Простейшие задачи квантовой механики: квантование энергии частицы в потенциальной яме, линейный гармонический осциллятор. Нулевая энергия.
- •51. Люминесценция. Спонтанное и вынужденное излучение. Лазеры.
- •52. Строение атомов. Опыты Резерфорда. Постулаты Бора. Модель атома водорода по Бору.
- •53. Ядерные реакции деления и синтеза. Ядерная энергетика.
- •54. Радиоактивность. Природа превращений. Закон радиоактивного распада.
- •55. Экспериментальные методы ядерной физики. Ускорители заряженных частиц.
- •Линейный индукционный ускоритель
- •Линейный резонансный ускоритель
- •56. Классификация элементарных частиц. Античастицы.
36. Интерференция света. Понятие о когерентности.
Явление интерференция – это явление усиления или ослабления амплитуды результирующей волны при наложении двух или нескольких когерентных волн.
Впервые явление интерференции было независимо обнаружено Робертом Бойлем (1627—1691 гг.) и Робертом Гуком (1635—1703 гг.). Они наблюдали возникновение разноцветной окраски тонких плёнок (интерференционных полос), подобных масляным или бензиновым пятнам на поверхности воды.
Когерентными называют волны, у которых частоты одинаковые , а разность фаз не меняется . Таким образом, если волны будут когерентными, то в пространстве образуются устойчивые амплитудные колебания, которые называются интерференционной картиной.Явление интерференция наблюдается при сложении любых когерентных волн.
Классический пример двух когерентных колебаний — это два синусоидальных колебания одинаковой частоты.
Когерентность волны означает, что в различных точках волны осцилляции происходят синхронно, то есть разность фаз между двумя точками не зависит от времени. Отсутствие когерентности, следовательно — ситуация, когда разность фаз между двумя точками не постоянна, а меняется со временем. Такая ситуация может иметь место, если волна была сгенерирована не единым излучателем, а совокупностью одинаковых, но независимых (то есть нескоррелированных) излучателей.
Когерентность (от латинского cohaerens — находящийся в связи), согласованное протекание во времени нескольких колебательных или волновых процессов, проявляющееся при их сложении. Колебания называются когерентными, если разность их фаз остаётся постоянной во времени и при сложении колебаний определяет амплитуду суммарного колебания. Два гармонических (синусоидальных) колебания одной частоты всегда когерентны. Гармоническое колебание описывается выражением: х = A cos(2pvt + j), (1) где х — колеблющаяся величина (например, смещение маятника от положения равновесия, напряжённость электрического и магнитного полей и т.д.). Частота гармонического колебания, его амплитудаА и фаза j постоянны во времени. При сложении двух гармонических колебаний с одинаковой частотой v, но разными амплитудами A1 и А2 и фазами j1 и j2, образуется гармоническое колебание той же частоты. Амплитуда результирующего колебания: (2) может изменяться в пределах от A1 + А2 до А1 — А2 в зависимости от разности фаз j1 — j2 (). Интенсивность результирующего колебания, пропорциональная Ар2 также зависит от разности фаз.
37. Методы наблюдения интерференции в оптике. Интерференция в тонких плёнках. Интерферометры. Применение интерференции.
О пыт Юнга. Прошедший через узкую длинную щель S свет, вследствие дифракции образует расходящийся пучок,который падает на второй экран B с двумя, параллельными между собой узкими щелями S1 и S2, расположенными близко друг к другу на равных расстояниях от S. Эти щели действуют как вторичные синфазные источники, и исходящие от них волны, перекрываясь, создают интерференционную картину, наблюдаемую на удаленном экране C. Расстояние между соседними полосами равно: .
З еркала Френеля. Бипризма Френеля В данном интерференционном опыте, также предложенном Френелем, для разделения исходной световой волны на две используют призму с углом при вершине, близким к 180°.Источником света служит ярко освещенная узкая щель S, параллельная преломляющему ребру бипризмы. Можно считать, что здесь образуются два близких мнимых изображения S1 и S2 источника S, так как каждая половина бипризмы отклоняет лучи на небольшой угол .
Б илинзаБийе. Аналогичное бипризме Френеля устройство, в котором роль когерентных источников играют действительные изображения ярко освещенной щели, получается, если собирающую линзу разрезать по диаметру и половинки немного раздвинуть. Прорезь закрывается непрозрачным экраном А, а падающие на линзу лучи проходят через действительные изображения щели и и дальше перекрываются, образуя интерференционное поле. Интерференция света в тонких плёнках. Луч света, проходя через плёнку толщиной , отразится дважды — отвнутренней и наружной её поверхностей. Отражённые лучи будут иметь постоянную разность фаз, равную удвоенной толщине плёнки, от чего лучи становятся когерентными и будут интерферировать. Полное гашение лучей произойдет при , где — длина волны. Если нм, то толщина плёнки равняется 550:4=137,5 нм.
Лучи соседних участков спектра по обе стороны от нм интерферируют не полностью и только ослабляются, отчего плёнка приобретает окраску. В приближении геометрической оптики, когда есть смысл говорить об оптической разности хода лучей, для двух лучей
— условие максимума;
— условие минимума,
где k=0,1,2... и — оптическая длина пути первого и второго луча, соответственно.
Явление интерференции широко используют для создания различных измерительных и контролирующих устройств.
1. Существуют специальные приборы — интерферометры, действие которых основано на явлении интерференции. Их назначение — точное измерение длин волн, показателей преломления, коэффициентов линейного расширения и др.
2. Используя явление интерференции, можно оценить качество обработки поверхности изделия с точностью до 10-6 см. Для этого нужно создать тонкую клиновидную прослойку воздуха между поверхностью образца и очень гладкой эталонной пластинкой.
3. Просветление оптики. Отполированная поверхность стекла отражает около 4% перпендикулярно падающего на нее света. Современные оптические приборы состоят из большого числа оптических стекол — линз, призм и т.д. Поэтому общие потери света в объективе фотоаппарата составляют около 25%, в микроскопе — 50% и т.д. В результате освещенность изображения получается малой, ухудшается также качество изображения.
4. Ещё одним важным применением интерференции является голография