Aplikácia interferencie, interferencie tenkého filmu

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Dnes si povieme niečo o využití interferencie vo vede a každodennom živote, odhalíme fyzikálny význam tohto javu a povieme si o histórii jeho objavu.

Definície a distribúcie

Skôr ako hovoríme o význame javu v prírode a technológii, najprv musíte uviesť definíciu. Dnes uvažujeme o fenoméne, ktorý študujú školáci na hodinách fyziky. Preto pred popisom praktickej aplikácie rušenia sa obráťme na učebnicu.

Na začiatok treba poznamenať, že tento jav sa týka všetkých typov vĺn: tých, ktoré vznikajú na hladine vody alebo počas výskumu. Interferencia je teda zvýšenie alebo zníženie amplitúdy dvoch alebo viacerých koherentných vĺn, ku ktorým dochádza, ak sa stretnú v jednom bode v priestore. Maximá sa v tomto prípade nazývajú antinody a minimá sa nazývajú uzly. Táto definícia zahŕňa niektoré vlastnosti oscilačných procesov, ktoré odhalíme o niečo neskôr.

Obraz, ktorý vznikne prekrývaním vĺn na seba (a môže ich byť veľa), závisí len od fázového rozdielu, v ktorom oscilácie prichádzajú do jedného bodu v priestore.

Svetlo je tiež vlna

Vedci prišli k tomuto záveru už v šestnástom storočí. Základy optiky ako vedy položil svetoznámy anglický vedec Isaac Newton. Bol to on, kto prvý pochopil, že svetlo pozostáva z určitých prvkov, ktorých množstvo určuje jeho farbu. Vedec objavil fenomén disperzie a lomu. A ako prvý pozoroval interferenciu svetla na šošovkách. Newton študoval také vlastnosti lúčov, ako je uhol lomu v rôznych prostrediach, dvojitý lom a polarizácia. Pripisuje sa mu prvá aplikácia vlnovej interferencie v prospech ľudstva. A bol to Newton, kto si uvedomil, že keby svetlo nebolo vibráciami, nevykazovalo by všetky tieto vlastnosti.

Svetlé vlastnosti

Vlnové vlastnosti svetla zahŕňajú:

1. Vlnová dĺžka. Toto je vzdialenosť medzi dvoma susednými výškami jedného švihu. Je to vlnová dĺžka, ktorá určuje farbu a energiu viditeľného žiarenia.
2. Frekvencia. Toto je počet úplných vĺn, ktoré sa môžu vyskytnúť za jednu sekundu. Hodnota je vyjadrená v Hertzoch a je nepriamo úmerná vlnovej dĺžke.
3. Amplitúda. Toto je „výška“alebo „hĺbka“oscilácie. Pri interferencii dvoch kmitov sa hodnota priamo mení. Amplitúda ukazuje, ako silne bolo elektromagnetické pole narušené, aby sa vytvorila táto konkrétna vlna. Nastavuje tiež intenzitu poľa.
4. Fáza vlny. Toto je časť oscilácie, ktorá sa dosiahne v danom čase. Ak sa dve vlny počas rušenia stretnú v rovnakom bode, ich fázový rozdiel bude vyjadrený v jednotkách π.
5. Koherentné elektromagnetické žiarenie sa nazýva srovnaké vlastnosti. Z koherencie dvoch vĺn vyplýva stálosť ich fázového rozdielu. Neexistujú žiadne prirodzené zdroje takéhoto žiarenia, sú vytvorené iba umelo.

Prvá aplikácia je vedecká

Sir Isaac tvrdo a tvrdo pracoval na vlastnostiach svetla. Presne pozoroval, ako sa lúč lúčov správa, keď narazí na hranol, valec, dosku a šošovku z rôznych refrakčných priehľadných médií. Raz Newton umiestnil konvexnú sklenenú šošovku na sklenenú dosku so zakriveným povrchom nadol a nasmeroval prúd paralelných lúčov na štruktúru. V dôsledku toho sa radiálne svetlé a tmavé prstence rozchádzajú od stredu šošovky. Vedec okamžite uhádol, že takýto jav možno pozorovať iba vtedy, ak je vo svetle nejaká periodická vlastnosť, ktorá niekde lúč zháša a niekde, naopak, zvyšuje. Keďže vzdialenosť medzi prstencami závisela od zakrivenia šošovky, Newton bol schopný približne vypočítať vlnovú dĺžku oscilácie. Anglický vedec tak prvýkrát našiel konkrétne uplatnenie fenoménu interferencie.

Interferencia štrbiny

Ďalšie štúdie vlastností svetla si vyžadovali nastavenie a uskutočnenie nových experimentov. Najprv sa vedci naučili, ako vytvoriť koherentné lúče z pomerne heterogénnych zdrojov. Na tento účel sa pomocou optických zariadení rozdelil prúd z lampy, sviečky alebo slnka na dva. Napríklad, keď lúč narazí na sklenenú dosku pod uhlom 45 stupňov, potom na jej časťsa láme a prechádza ďalej a časť sa odráža. Ak sú tieto prúdy vytvorené paralelne pomocou šošoviek a hranolov, fázový rozdiel v nich bude konštantný. A aby pri experimentoch svetlo nevychádzalo ako vejár z bodového zdroja, lúč bol vytvorený paralelne pomocou šošovky s blízkym ohniskom.

Keď sa vedci naučili všetky tieto manipulácie so svetlom, začali študovať fenomén interferencie na rôznych dierach, vrátane úzkej štrbiny alebo série štrbín.

Interferencia a difrakcia

Vyššie opísaný zážitok sa stal možným vďaka ďalšej vlastnosti svetla – difrakcii. Pri prekonaní prekážky dostatočne malej na to, aby sa dala porovnať s vlnovou dĺžkou, je kmitanie schopné zmeniť smer svojho šírenia. Vďaka tomu po úzkej štrbine časť lúča mení smer šírenia a interaguje s lúčmi, ktoré nezmenili uhol sklonu. Aplikácie interferencie a difrakcie preto nemožno od seba oddeliť.

Modely a realita

Doteraz sme používali model ideálneho sveta, v ktorom sú všetky lúče svetla navzájom rovnobežné a koherentné. V najjednoduchšom opise interferencie sa tiež predpokladá, že sa vždy stretávame so žiarením s rovnakými vlnovými dĺžkami. Ale v skutočnosti všetko nie je tak: svetlo je najčastejšie biele, pozostáva zo všetkých elektromagnetických vibrácií, ktoré poskytuje Slnko. To znamená, že k rušeniu dochádza podľa zložitejších zákonov.

Tenké fólie

Najzrejmejší príklad tohto druhuinterakcia svetla je dopad lúča svetla na tenkú vrstvu. Keď je v mestskej mláke kvapka benzínu, hladina sa trblieta všetkými farbami dúhy. A to je presne výsledok rušenia.

Svetlo dopadá na povrch filmu, láme sa, dopadá na hranicu benzínu a vody, odráža sa a opäť sa láme. V dôsledku toho sa vlna stretne na výstupe. Všetky vlny sú teda potlačené, okrem tých, pre ktoré je splnená jedna podmienka: hrúbka filmu je násobkom vlnovej dĺžky polovice celého čísla. Potom sa na výstupe oscilácia stretne s dvoma maximami. Ak sa hrúbka povlaku rovná celej vlnovej dĺžke, výstup prekryje maximum s minimom a žiarenie samo zhasne.

Z toho vyplýva, že čím je film hrubší, tým väčšia musí byť vlnová dĺžka, ktorá z neho vyjde bez straty. Tenký film v skutočnosti pomáha zvýrazniť jednotlivé farby z celého spektra a dá sa použiť v technológii.

Fotografie a gadgety

Napodiv, niektoré aplikácie rušenia poznajú všetci módni nadšenci na celom svete.

Hlavnou úlohou krásnej modelky je vyzerať dobre pred kamerami. Ženy na fotenie pripravuje celý tím: stylistka, vizážistka, módna a interiérová dizajnérka, redaktorka časopisu. Otravní paparazzi môžu číhať na modelku na ulici, doma, vo smiešnom oblečení a smiešnej póze, a potom môžu obrázky vystaviť verejnosti. Dobrá výbava je však nevyhnutná pre všetkých fotografov. Niektoré zariadenia môžu stáť niekoľko tisíc dolárov. MedziHlavnými charakteristikami takéhoto zariadenia bude nevyhnutne osvietenie optiky. A obrázky z takéhoto zariadenia budú veľmi kvalitné. Preto hviezdny záber bez prípravy nebude vyzerať tak neatraktívne.

Okuliare, mikroskopy, hviezdy

Základom tohto javu je interferencia v tenkých vrstvách. Ide o zaujímavý a bežný jav. A nachádza aplikácie svetelnej interferencie v technike, ktorú niektorí ľudia držia v rukách každý deň.

Ľudské oko najlepšie vníma zelenú farbu. Fotografie krásnych dievčat by preto nemali obsahovať chyby v tejto konkrétnej oblasti spektra. Ak sa na povrch fotoaparátu nanesie film so špecifickou hrúbkou, takéto zariadenie nebude mať zelené odlesky. Ak si pozorný čitateľ niekedy všimol takéto detaily, tak ho mala zaraziť prítomnosť iba červených a fialových odleskov. Rovnaký film je aplikovaný na okuliare.

Ak však nehovoríme o ľudskom oku, ale o prístroji bez vášne? Napríklad mikroskop musí registrovať infračervené spektrum a teleskop musí študovať ultrafialové zložky hviezd. Potom sa aplikuje antireflexná fólia inej hrúbky.