Что такое полосы равной толщины

ПОЛОСЫ РАВНОЙ ТОЛЩИНЫ

— длина волны света, в к-ром происходит наблюдение). Условие параллельности лучей выполняется, если расстояние от источника света до плёнки значительно больше -расстояния между точками пересечения интерферирующих лучей с поверхностью плёнки. При достаточно малом зрачке наблюдат. прибора это условие выполняется и для протяжённого источника.

Примером регулярных П. р. т., образующихся в воздушном зазоре между двумя сферич. поверхностями или сферой и плоскостью, являются Ньютона кольца. При освещении белым светом разл. толщинам h будут соответствовать разл. l, для к-рых слой обладает наиб. прозрачностью и наим. отражат. способностью. Это создаёт при малых h радужную окраску тонких плёнок (мыльных пузырей, масляных и бензиновых пятен).

П. р. т. используют для определения микрорельефа тонких пластинок и плёнок. П. р. т., возникающие в воздушном зазоре между пробным стеклом и испытуемой поверхностью, характеризуют отклонение испытуемой поверхности от эталонной. Такие измерения обычно ведутся при падении света на поверхность, близком к нормальному. При этом условие для тёмной полосы при = 1 преобразуется в Т. о., рас-

стояние между соседними тёмными (или светлыми) полосами соответствует изменению толщины зазора на , т. е. при наблюдении в видимом свете 0,3 мкм.

Лит.: Б о r н М., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ., 2 изд., М., 1973. А. П. Гагарин.

Полезное

Смотреть что такое «ПОЛОСЫ РАВНОЙ ТОЛЩИНЫ» в других словарях:

полосы равной толщины — Интерференционные полосы, образующиеся вдоль линий равных оптических толщин слоя, в котором происходит интерференция. Примечание Оптическая толщина слоя равна произведению из геометрической толщины слоя на коэффициент преломления вещества этого… … Справочник технического переводчика

Полосы равной толщины — один из эффектов оптики тонких слоев (См. Оптика тонких слоёв), в отличие от полос равного наклона (См. Полосы равного наклона), наблюдаются непосредственно на поверхности прозрачного слоя переменной толщины (рис. 1). Возникновение П. р.… … Большая советская энциклопедия

полосы равной толщины — vienodo storio juostelės statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. equal thickness fringes; Fizeau fringes; fringes of equal thickness vok. Fizeauscher Streifen, m; Interferenzstreifen gleicher Dicke, m rus. полосы равной толщины, f pranc.… … Fizikos terminų žodynas

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА — пространственное перераспределение энергии светового излучения при наложении двух или неск. световых волн; частный случай общего явления интерференции волн. Нек рые явления И. с. наблюдались ещё И. Ньютоном в 17 в., однако не могли быть им… … Физическая энциклопедия

ИНТЕРФЕРОМЕТР — измерительный прибор, основанный на интерференции волн. Существуют И. для звук. волн и для эл. магн. волн (оптических и радиоволн). Оптич. И. применяются для измерения оптич. длин волн спектр. линий, показателей преломления прозрачных сред, абс.… … Физическая энциклопедия

ОПТИКА — (греч. optike наука о зрительных восприятиях, от optos видимый, зримый), раздел физики, в к ром изучаются оптическое излучение (свет), процессы его распространения и явления, наблюдаемые при вз ствии света и в ва. Оптич. излучение представляет… … Физическая энциклопедия

НЬЮТОНА КОЛЬЦА — интерференционные полосы равной толщины в форме колец, расположенных концентрически вокруг точки касания двух сферич. поверхностей либо плоскости и сферы. Впервые описаны в 1675 И. Ньютоном. Интерференция света происходит в тонком зазоре (обычно… … Физическая энциклопедия

ИНТЕРФЕРОМЕТР РОЖДЕСТВЕНСКОГО — двухлучевой интерферометр, состоящий из двух зеркал М1, М2 и двух параллельных полупрозрачных пластин Рис. 1. Схема интерферометра Рождественского.P1 P2 (рис. 1); M1, P1 и M2, Р2 устанавливаются попарно параллельно, но М1 и М2 наклонены… … Физическая энциклопедия

ОПТИКА ТОНКИХ СЛОЕВ — раздел физ. оптики, в к ром изучается прохождение света через один или последовательно через неск. непоглощающих слоев в ва, толщина к рых соизмерима с длиной световой волны. Специфика О. т. с. заключается в том, что в ней определяющую роль… … Физическая энциклопедия

РЕНТГЕНОВСКАЯ ТОПОГРАФИЯ — совокупность рентг. дифракц. методов изучения разл. дефектов строения в почти совершенных кристаллах. К таким дефектам относятся: блоки и границы структурных элементов, дефекты упаковки, дислокации, скопления атомов примесей. Осуществляя… … Физическая энциклопедия

Источник

Полосы равной толщины и равного наклона

Вы будете перенаправлены на Автор24

Полосы равной толщины

Координаты минимумов интерференции можно найти, зная, что:

Полосы такого типа можно наблюдать на самой пленке. Полоса следует за равной толщиной пленки, отсюда и название «полосы равной толщины».

Полосы равного наклона

Тонкая пластинка (пленка) является плоскопараллельной (имеет одинаковую толщину). На эту пленку попадают лучи под разными углами наклона (рис.2). В таком случае разность хода интерферирующих волн зависит от угла падения лучей. Соответственно минимумы и максимумы интерференции следуют за углами, под которыми падают лучи. Для наблюдения картины интерференции следует собрать отраженные параллельные лучи. Следовательно, зрительный прибор надо сфокусировать на бесконечность. Поэтому считают, что полосы равного наклона наблюдаются на бесконечности. На практике интерференцию в плоскопараллельных пластинах наблюдают, располагая на пути отраженных лучей собирающую линзу. Экран при этом располагают в фокальной плоскости линзы.

Готовые работы на аналогичную тему

Условие максимума интенсивности для этой пленки имеет вид:

Решение:

Для ситуации, описанной в задаче, ориентируясь на рис.1 можно записать, что:

Иначе оптическую разность хода лучей можно выразить:

\[\triangle =\left[2\left(m+1\right)+1\right]\frac<\lambda ><2>-\left[2m+1\right]\frac<\lambda ><2>=\lambda \ \left(m=0,1,2\dots \right)(1.3).\]

Приравняем правые части выражений (1.2) и (1.3):

Из уравнения (1.4) выразим h, получим:

Подставим выражение для h в формулу (1.1), найдем искомый угол:

Решение:

Запишем условие максимумов при интерференции:

\[\triangle =m\lambda \ при\ m=0,1,2\dots \left(2.1\right).\]

Для того чтобы найти выражение для разности хода складывающихся при интерференции лучей обратимся к рис. 3.

Из рис. 3, учитывая потерю половины волны при отражении света от оптически более плотной среды можно записать:

Из того же рис. 3 имеем:

Подставим полученные выражения в (2.3), (2.4) в формулу (2.2):

В соответствии с законом преломления можно записать:

Выразим искомую величину из выражения (2.8), получим:

Окончательно для минимальной толщины пленки имеем:

Получи деньги за свои студенческие работы

Курсовые, рефераты или другие работы

Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 01 03 2021

Источник

Полосы равной толщины

Полезное

Смотреть что такое «Полосы равной толщины» в других словарях:

ПОЛОСЫ РАВНОЙ ТОЛЩИНЫ — один из эффектов оптики тонких слоев; в отличие от полос равного наклона наблюдаются непосредственно на п о в е р х н о с т и прозрачного слоя п е р е м е н н о й т о л щ и н ы. П. р. т. обусловлены интерференцией света, отражённого от передней и … Физическая энциклопедия

полосы равной толщины — Интерференционные полосы, образующиеся вдоль линий равных оптических толщин слоя, в котором происходит интерференция. Примечание Оптическая толщина слоя равна произведению из геометрической толщины слоя на коэффициент преломления вещества этого… … Справочник технического переводчика

полосы равной толщины — vienodo storio juostelės statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. equal thickness fringes; Fizeau fringes; fringes of equal thickness vok. Fizeauscher Streifen, m; Interferenzstreifen gleicher Dicke, m rus. полосы равной толщины, f pranc.… … Fizikos terminų žodynas

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА — пространственное перераспределение энергии светового излучения при наложении двух или неск. световых волн; частный случай общего явления интерференции волн. Нек рые явления И. с. наблюдались ещё И. Ньютоном в 17 в., однако не могли быть им… … Физическая энциклопедия

ИНТЕРФЕРОМЕТР — измерительный прибор, основанный на интерференции волн. Существуют И. для звук. волн и для эл. магн. волн (оптических и радиоволн). Оптич. И. применяются для измерения оптич. длин волн спектр. линий, показателей преломления прозрачных сред, абс.… … Физическая энциклопедия

ОПТИКА — (греч. optike наука о зрительных восприятиях, от optos видимый, зримый), раздел физики, в к ром изучаются оптическое излучение (свет), процессы его распространения и явления, наблюдаемые при вз ствии света и в ва. Оптич. излучение представляет… … Физическая энциклопедия

НЬЮТОНА КОЛЬЦА — интерференционные полосы равной толщины в форме колец, расположенных концентрически вокруг точки касания двух сферич. поверхностей либо плоскости и сферы. Впервые описаны в 1675 И. Ньютоном. Интерференция света происходит в тонком зазоре (обычно… … Физическая энциклопедия

ИНТЕРФЕРОМЕТР РОЖДЕСТВЕНСКОГО — двухлучевой интерферометр, состоящий из двух зеркал М1, М2 и двух параллельных полупрозрачных пластин Рис. 1. Схема интерферометра Рождественского.P1 P2 (рис. 1); M1, P1 и M2, Р2 устанавливаются попарно параллельно, но М1 и М2 наклонены… … Физическая энциклопедия

ОПТИКА ТОНКИХ СЛОЕВ — раздел физ. оптики, в к ром изучается прохождение света через один или последовательно через неск. непоглощающих слоев в ва, толщина к рых соизмерима с длиной световой волны. Специфика О. т. с. заключается в том, что в ней определяющую роль… … Физическая энциклопедия

РЕНТГЕНОВСКАЯ ТОПОГРАФИЯ — совокупность рентг. дифракц. методов изучения разл. дефектов строения в почти совершенных кристаллах. К таким дефектам относятся: блоки и границы структурных элементов, дефекты упаковки, дислокации, скопления атомов примесей. Осуществляя… … Физическая энциклопедия

Источник

Полосы равной толщины (интерференция от пластинки переменной толщины).

Кольца Ньютона

При освещении пленки (пластинки) с переменной толщиной параллельным пучком света на ее поверхности возникает система интерференционных полос. Каждая из полос возникает за счет отражения от мест пластинки, имеющих одинаковую толщину (в общем случае толщина пластинки может изменяться произвольно). Интерференционные полосы, возникающие в результате интерференции от мест одинаковой толщины, называютсяполосами равной толщины.Примером полос равной толщины

являются кольца Ньютона. Кольца Ньютона наблюдаются при отражении света от соприкасающихся друг с другом плоскопараллельной толстой стеклянной пластинки и плоско-выпуклой линзы с большим радиусом кривизны (рис. 4.5). Роль тонкой пленки, от поверхностей которой отражаются когерентные волны, играет воздушный зазор (c изменяющейся толщиной b) между пластиной и линзой. При нормальном падении света полосы равной толщины имеют вид концентрических окружностей, при наклонном падении – эллипсов.

Радиусы светлых и темных колец Ньютона найдем по формуле:

, m=1, 2, 3

Четным m соответствуют радиусы светлых колец, нечетным m – радиусы темных колец. Значению m = 1 соответствует r = 0, т.е. точка в месте касания пластинки и линзы. В этой точке наблюдается минимум интенсивности, обусловленный изменением фазы на p при отражении световой волны от пластинки.

Полосы равной толщины могут наблюдаться также в клинообразной пластинке. Тогда интерференционные полосы параллельны ребру клина.

Просветление оптики

Интерференция при отражении от тонких пленок лежит в основе просветления оптики. Прохождение света через каждую преломляющую поверхность линзы сопровождается отражением примерно 4 % падающего света. В сложных объективах такие отражения совершаются многократно, и суммарная потеря светового потока достигает заметной величины. Отражения от поверхностей линз приводят к возникновению бликов. В просветленной оптике для устранения отражения света на каждую свободную поверхность линзы наносится тонкая пленка вещества с показателем преломления иным, чем у линзы. Толщина пленки подбирается так, чтобы волны, отраженные от обеих ее поверхностей, погашали друг друга. Особенно хороший результат достигается, если показатель преломления пленки равен корню квадратному из показателя преломления линзы. При этом условии интенсивность обеих отраженных от поверхностей пленки волн одинакова.

Интерференция света в тонких пленках. Полосы равной толщины и равного наклона. Кольца Ньютона.

Интерференцию света по методу деления амплитуды во многих отношениях наблюдать проще, чем в опытах с делением волнового фронта. Один из способов, использующих такой метод, – опыт Поля. В опыте Поля свет от источника S отражается двумя поверхностями тонкой прозрачной плоскопараллельной пластинки (рис. 8.7). В любую точку P, находящуюся с той же стороны от пластинки, что и источник, приходят два луча. Эти лучи образуют интерференционную картину. Рис. 8.7 Для определения вида полос можно представить себе, что лучи выходят из мнимых изображений S₁ и S₂ источника S, создаваемых поверхностями пластинки. На удаленном экране, расположенном параллельно пластинке, интерференционные полосы имеют вид концентрических колец с центрами на перпендикуляре к пластинке, проходящем через источник S. Этот опыт предъявляет менее жесткие требования к размерам источника S, чем рассмотренные выше опыты. Поэтому можно в качестве S применить ртутную лампу без вспомогательного экрана с малым отверстием, что обеспечивает значительный световой поток. С помощью листочка слюды (толщиной 0,03 – 0,05 мм) можно получить яркую интерференционную картину прямо на потолке и на стенах аудитории. Чем тоньше пластинка, тем крупнее масштаб интерференционной картины, т.е. больше расстояние между полосами. Полосы равного наклона Особенно важен частный случай интерференции света, отраженного двумя поверхностями плоскопараллельной пластинки, когда точка наблюдения Pнаходится в бесконечности, т.е. наблюдение ведется либо глазом, аккомодированным на бесконечность, либо на экране, расположенном в фокальной плоскости собирающей линзы (рис. 8.8). Рис. 8.8 В этом случае оба луча, идущие от S к P, порождены одним падающим лучом и после отражения от передней и задней поверхностей пластинки параллельны друг другу. Оптическая разность хода между ними в точке P такая же, как на линии DC: . Здесь n – показатель преломления материала пластинки. Предполагается, что над пластинкой находится воздух, т.е. . Так как , (h – толщина пластинки, и – углы падения и преломления на верхней грани; ), то для разности хода получаем . Следует также учесть, что при отражении волны от верхней поверхности пластинки в соответствии с формулами Френеля ее фаза изменяется на π. Поэтому разность фаз δ складываемых волн в точке P равна: , где – длина волны в вакууме. В соответствии с последней формулой светлые полосы расположены в местах, для которых , где m – порядок интерференции. Полоса, соответствующая данному порядку интерференции, обусловлена светом, падающим на пластинку под вполне определенным углом α. Поэтому такие полосы называют интерференционными полосами равного наклона. Если ось объектива расположена перпендикулярно пластинке, полосы имеют вид концентрических колец с центром в фокусе, причем в центре картины порядок интерференции максимален. Полосы равного наклона можно получить не только в отраженном свете, но и в свете, прошедшем сквозь пластинку. В этом случае один из лучей проходит прямо, а другой – после двух отражений на внутренней стороне пластинки. Однако видимость полос при этом низкая. Для наблюдения полос равного наклона вместо плоскопараллельной пластинки удобно использовать интерферометр Майкельсона (рис. 8.9). Рассмотрим схему интерферометра Майкельсона: з1 и з2 – зеркала. Полупрозрачное зеркало посеребрено и делит луч на две части – луч 1 и 2. Луч 1, отражаясь от з1 и проходя , дает , а луч 2, отражаясь от з2 и далее от , дает . Пластинки и одинаковы по размерам. ставится для компенсации разности хода второго луча. Лучи и когерентны и интерферируют. Рис. 8.9 Интерференция от клина. Полосы равной толщины Мы рассмотрели интерференционные опыты, в которых деление амплитуды световой волны от источника происходило в результате частичного отражения на поверхностях плоскопараллельной пластинки. Локализованные полосы при протяженном источнике можно наблюдать и в других условиях. Оказывается, что для достаточно тонкой пластинки или пленки (поверхности которой не обязательно должны быть параллельными и вообще плоскими) можно наблюдать интерференционную картину, локализованную вблизи отражающей поверхности. Возникающие при этих условиях полосы называютполосами равной толщины. В белом свете интерференционные полосы окрашены. Поэтому такое явление называют цветами тонких пленок. Его легко наблюдать на мыльных пузырях, на тонких пленках масла или бензина, плавающих на поверхности воды, на пленках окислов, возникающих на поверхности металлов при закалке, и т.п. Рассмотрим интерференционную картину, получаемую от пластинок переменной толщины (от клина). Рис. 8.10 Направления распространения световой волны, отраженной от верхней и нижней границы клина, не совпадают. Отраженные и преломленные лучи встречаются, поэтому интерференционную картину при отражении от клина можно наблюдать и без использования линзы, если поместить экран в плоскость точек пересечения лучей (хрусталик глаза помещают в нужную плоскость). Интерференция будет наблюдаться только во 2-й области клина, так как в 1-й области оптическая разность хода будет больше длины когерентности. Результат интерференции в точках и экрана определяется по известной формуле , подставляя в неё толщину пленки в месте падения луча ( или ). Свет обязательно должен быть параллельным ( ): если одновременно будут изменяться два параметра b и α, то устойчивой интерференционной картины не будет. Поскольку разность хода лучей, отразившихся от различных участков клина, будет неодинаковой, освещенность экрана будет неравномерной, на экране будут темные и светлые полосы (или цветные при освещении белым светом, как показано на рис. 8.11). Каждая из таких полос возникает в результате отражения от участков клина с одинаковой толщиной, поэтому их называют полосами равной толщины. Рис. 8.11 Кольца Ньютона На рис. 8.12 изображена оправа, в которой зажаты две стеклянные пластины. Одна из них слегка выпуклая, так что пластины касаются друг друга в какой-то точке. И в этой точке наблюдается нечто странное: вокруг нее возникают кольца. В центре они почти не окрашены, чуть дальше переливаются всеми цветами радуги, а к краю теряют насыщенность цветов, блекнут и исчезают. Так выглядит эксперимент, в XVII веке положивший начало современной оптике. Ньютон подробно исследовал это явление, обнаружил закономерности в расположении и окраске колец, а также объяснил их на основе корпускулярной теории света. Кольцевые полосы равной толщины, наблюдаемые в воздушном зазоре между соприкасающимися выпуклой сферической поверхностью линзы малой кривизны и плоской поверхностью стекла (рис. 8.13), называют кольцами Ньютона.

Рис. 8.12

Рис. 8.13

Общий центр колец расположен в точке касания. В отраженном свете центр темный, так как при толщине воздушной прослойки, на много меньшей, чем длина волны , разность фаз интерферирующих волн обусловлена различием в условиях отражения на двух поверхностях и близка к π. Толщинаhвоздушного зазора связана с расстоянием r до точки касания (рис. 8.13):

.

Здесь использовано условие . При наблюдении по нормали темные полосы, как уже отмечалось, соответствуют толщине , поэтому для радиуса m-го темного кольца получаем

(m = 0, 1, 2, …).

Если линзу постепенно отодвигать от поверхности стекла, то интерференционные кольца будут стягиваться к центру. При увеличении расстояния на картина принимает прежний вид, так как место каждого кольца будет занято кольцом следующего порядка. С помощью колец Ньютона, как и в опыте Юнга, можно сравнительно простыми средствами приближенно определить длину волны света.

Полосы равной толщины можно наблюдать и с помощью интерферометра Майкельсона, если одно из зеркал з1 или з2 (рис. 8.9) отклонить на небольшой угол.

Итак,полосы равного наклонаполучаются при освещении пластинки постоянной толщины ( ) рассеянным светом, в котором содержатся лучи разных направлений.Полосы равной толщинынаблюдаются при освещении пластинки переменной толщины (клина) ( ) параллельным пучком света. Полосы равной толщины локализованы вблизи пластинки.

Применение интерференции света.

Явление интерференции обусловлено волновой природой света; его количественные закономерности зависят от длины волны. Поэтому это явление применяется для подтверждения волновой природы света и для измерения длин волн (интерференционная спектроскопия).

Явление интерференции применяется также для улучшения качества оптических приборов (просветление оптики) и получения высокоотражающих покрытий. Прохожде­ние света через каждую преломляющую поверхность линзы, например через границу стекло — воздух, сопровождается отражением ≈4% падающего потока (при показа­теле преломления стекла ≈1,5). Так как современные объективы содержат большое количество линз, то число отражений в них велико, а поэтому велики и потери светового потока.

Для устранения недостатков осуществляют так называемое просветле­ние оптики. Для этого на свободные поверхности линз наносят тонкие пленки с показа­телем преломления, меньшим, чем у материала линзы. Если оптическая толщина пленки равна λ₀/4, то в результате интерференции наблюдается гашение отраженных лучей. Так как добиться одновременного гашения для всех длин волн невозможно, то это обычно делается для наиболее восприимчивой глазом длины волны 0,55 мкм. Поэтому объективы с просветленной оптикой имеют синевато-красный оттенок.

Создание высокоотражающих покрытий стало возможным лишь на основе многолучевой интерференции. В отличие от двухлучевой интерференции многолучевая интерференция возникает при наложении большого числа когерентных световых пучков.

Интерферометры — очень чувствительные оптические приборы, позволяющие определять незначительные изменения показателя преломления прозрачных тел (газов, жидких и твердых тел) в зависимости от давления, температуры, примесей и т. д., измеряются весьма малые концентрации примесей в газах и жидкостях. Использование таких точных оптических приборов позволит технологически контролировать качество питьевой воды.

Микроинтерферометр (комбинация интерфе­рометра и микроскопа), служащего для контроля чистоты обработки поверхности. С помощью интерференционных методов проверяется качество шлифовки линз и зеркал, что очень важно при изготовлении оптических приборов, используемых также и в строительной технике. Интерферометры позволяют проводить измерения углов, исследования быстропротекающих процессов, обтекающем летательные аппараты и т.д.

С помощью интерферометров можно измерить коэффициенты линейного расширения твердых тел, что весьма является важным в связи с созданием новых строительных материалов и новых технологий получения металлопластмассовых и пластиковых строительных изделий. Интерферометры позволяют контролировать качество шлифовки поверхностей. Если на поверхности имеется царапина или вмятина, то это приводит к искривлению интерференционных полос. По характеру искривления полос можно судить о глубине царапины, такие исследования поверхности новых строительных материалов для новейших строительных технологий является важным.

Источник