Лабораторная работа N 5-3
ОПРЕЖДНЯЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ КОЛЕЦ НЬЮТОНА
Цель работы: ознакомление с явлением интерференции света на примере колец Ньютона. Определение длины световой волны или радиуса кривизны линзы.
Приборы и принадлежности: плоскопараллельная стеклянная пластинка и плосковыпуклая сферическая линза, светофильтр, цикроскоп.
Введение
Явление интерференции состоит в том, что при наложении двух когерентных волн происходит перераспределение энергии волн в пространстве, в результате чего в одних местах пространства доля энергии волн максимальная (возникает максимум интенсивности), а в других - минимальная (возникаем минимум интенсивности). Свет представляет собой электромагнитную волну, поэтому интерференция света - не только опытный факт подтверждения его волновых свойств, но и широко используемое явление при решении практических задач.
Известно, что при наложении двух волн результирующая интенсивность зависит от разности фаз j1 - j2, приобретенной ими при прохождении от источников излучения до рассматриваемой точки интерференционной картины. Если одна световая волна проходит путь r1, в среде о показателем преломления n2, а другая – r2 в среде с п2, то возникаемая разность фаз вычисляется формулой
(1)
где lо - длина волны в вакууме. и D = n1п2 - представляет собой оптическую разность, хода волн.
Если на оптической разности хода укладывается целое число длин волн, т.е.
D = mlo, (2)
то колебания, возбужденные в данной точке обеими волнами, будут происходить в одинаковой фазе и световые волны максимально усилят друг друга. Если же на оптической разности хода D укладывается полуцелое число длин волн, т.е.
D = (m + Ѕ)lo (3)
то колебания будут происходить в противогазе, и световые волны в данной точке максимально ослабят друг друга.
Когерентность волн. Когерентными (согласованными) являются волны, имеющие не изменяющуюся во времени разность фаз (j2 - j1).
Световая волна с определенными значениями частоты или длины волны; является абстрактным понятием. Атом излучает свет в течение конечного интервала времени t » 10-8с. За это время успевает образоваться последовательность горбов и впадин (или, как говорят, цуг волн) протяженностью примерно 3 м. Такую волну можно представить в виде суперпозиции волн с разными частотами, заключенными, однако, в очень малой области частот Dw (или длин волн Dl). Такое прерывистое излучение света атомами в виде отдельных пугов волн характерно для любого источника света. Атомы светящегося тела излучают свет независимо друг от друга. Следовательно, начальные фазы соответствующих им цугов волн никак не связаны между собой. Больше того, даже для одного и того же атома значения начальных фаз разных цугов хаотически изменяются от одного акта излучения к другому. Из сказанного ясно, что свет, испускаемый двумя источниками, некогерентен. Получение когерентных волн для наблюдения интерференции света осуществляется двумя способами.
1-й способ – деление амплитуды волны. Для этого свет, испущенной каждым атомом, разделяют на два пучка, заставляют их пройти разные оптические пути и снова сводят вместе. Интервалы времени t1 и t2, требуемые обоим пучкам на прохождение оптического пути - момента деления до момента сведения, могут быть различными. Pазность этих интервалов Dt = t2 - t1. За время Dt возможны случайные флуктуации амплитуды к фазы волны световых пучков, а следовательно, и нарушение когерентности. Для характеристики когерентных свойств волн вводится время когерентности tког - это время, эа которое случайное изменение фазы волны достигает значения порядка t.- Расстояние lког = сtког ,которое перемещается световая волна за время tког называется длиной когерентнности. Для получения интереционной картины необходимо, чтобы оптическая разность хода л двух пучков была меньше, чем длина когерентности.
Указанный способ получения когерентных волн используется при интерференции в тонких пленках, в интерферометрах Жаменв, Майкельсона и др.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
