Aplicarea interferențelor, interferențe de peliculă subțire

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Astăzi vom vorbi despre utilizarea interferenței în știință și viața de zi cu zi, vom dezvălui semnificația fizică a acestui fenomen și vom vorbi despre istoria descoperirii sale.

Definiții și distribuții

Înainte de a vorbi despre semnificația unui fenomen în natură și tehnologie, mai întâi trebuie să dai o definiție. Astăzi avem în vedere un fenomen pe care școlarii îl studiază la lecțiile de fizică. Prin urmare, înainte de a descrie aplicarea practică a interferenței, să trecem la manual.

Pentru început, trebuie menționat că acest fenomen se aplică tuturor tipurilor de valuri: cele care apar la suprafața apei sau în timpul cercetărilor. Deci, interferența este o creștere sau o reducere a amplitudinii a două sau mai multe unde coerente, care apare dacă acestea se întâlnesc într-un punct din spațiu. Maximele în acest caz se numesc antinoduri, iar minimele se numesc noduri. Această definiție include unele proprietăți ale proceselor oscilatorii, pe care le vom dezvălui puțin mai târziu.

Imaginea care rezultă din suprapunerea undelor una peste alta (și pot fi multe dintre ele) depinde doar de diferența de fază în care oscilațiile ajung la un punct în spațiu.

Lumina este, de asemenea, un val

Oamenii de știință au ajuns la această concluzie deja în secolul al XVI-lea. Bazele opticii ca știință au fost puse de celebrul om de știință englez Isaac Newton. El a fost primul care a realizat că lumina constă din anumite elemente, a căror cantitate îi determină culoarea. Omul de știință a descoperit fenomenul de dispersie și refracție. Și a fost primul care a observat interferența luminii asupra lentilelor. Newton a studiat proprietățile razelor precum unghiul de refracție în diferite medii, refracția dublă și polarizarea. El este creditat cu prima aplicare a interferenței undelor în beneficiul omenirii. Și Newton a fost cel care și-a dat seama că, dacă lumina nu ar fi vibrații, nu ar prezenta toate aceste caracteristici.

Proprietăți ale luminii

Proprietățile undei ale luminii includ:

1. Lungime de undă. Aceasta este distanța dintre două în alte adiacente ale unui leagăn. Este lungimea de undă care determină culoarea și energia radiațiilor vizibile.
2. Frecvență. Acesta este numărul de unde complete care pot apărea într-o secundă. Valoarea este exprimată în Herți și este invers proporțională cu lungimea de undă.
3. Amplitudine. Aceasta este „înălțimea” sau „adâncimea” oscilației. Valoarea se schimbă direct atunci când interferează două oscilații. Amplitudinea arată cât de puternic a fost perturbat câmpul electromagnetic pentru a genera această undă particulară. De asemenea, stabilește intensitatea câmpului.
4. Fază de val. Aceasta este partea de oscilație la care se ajunge la un moment dat. Dacă două unde se întâlnesc în același punct în timpul interferenței, atunci diferența lor de fază va fi exprimată în unități de π.
5. Radiația electromagnetică coerentă se numește cuaceleasi caracteristici. Coerența a două unde implică constanța diferenței lor de fază. Nu există surse naturale de astfel de radiații, acestea sunt create doar artificial.

Prima cerere este științifică

Sir Isaac a lucrat din greu la proprietățile luminii. El a observat exact cum se comportă un fascicul de raze atunci când întâlnește o prismă, un cilindru, o placă și o lentilă din diferite medii transparente de refracție. Odată, Newton a plasat o lentilă de sticlă convexă pe o placă de sticlă cu o suprafață curbată în jos și a direcționat un flux de raze paralele asupra structurii. Ca urmare, inelele radial luminoase și întunecate se depărtează de centrul lentilei. Omul de știință a ghicit imediat că un astfel de fenomen poate fi observat numai dacă există o proprietate periodică în lumină care stinge fasciculul undeva și undeva, dimpotrivă, îl intensifică. Deoarece distanța dintre inele depindea de curbura lentilei, Newton a putut calcula aproximativ lungimea de undă a oscilației. Astfel, omul de știință englez a găsit pentru prima dată o aplicație concretă pentru fenomenul interferenței.

Interferența fantei

Studii suplimentare ale proprietăților luminii au necesitat crearea și efectuarea de noi experimente. În primul rând, oamenii de știință au învățat cum să creeze fascicule coerente din surse destul de eterogene. Pentru a face acest lucru, fluxul de la o lampă, lumânare sau soare a fost împărțit în două folosind dispozitive optice. De exemplu, atunci când un fascicul lovește o placă de sticlă la un unghi de 45 de grade, apoi o parte din eaeste refractat și trece mai departe, iar o parte este reflectată. Dacă aceste fluxuri sunt făcute paralele cu ajutorul lentilelor și prismelor, diferența de fază în ele va fi constantă. Și pentru ca în experimente lumina să nu iasă ca un ventilator dintr-o sursă punctuală, fasciculul a fost făcut paralel folosind o lentilă cu focalizare apropiată.

Când oamenii de știință au învățat toate aceste manipulări cu lumina, au început să studieze fenomenul de interferență pe o varietate de găuri, inclusiv o fantă îngustă sau o serie de fante.

Interferență și difracție

Experiența descrisă mai sus a devenit posibilă datorită unei alte proprietăți a luminii - difracția. Depășind un obstacol suficient de mic pentru a fi comparat cu lungimea de undă, oscilația este capabilă să-și schimbe direcția de propagare. Din acest motiv, după o fantă îngustă, o parte a fasciculului schimbă direcția de propagare și interacționează cu fasciculele care nu au modificat unghiul de înclinare. Prin urmare, aplicațiile de interferență și difracție nu pot fi separate unele de altele.

Modele și realitate

Până în acest punct, am folosit modelul unei lumi ideale în care toate fasciculele de lumină sunt paralele între ele și coerente. De asemenea, în cea mai simplă descriere a interferenței, este subînțeles că întotdeauna se întâlnesc radiații cu aceleași lungimi de undă. Dar, în realitate, totul nu este așa: lumina este cel mai adesea albă, este formată din toate vibrațiile electromagnetice pe care le oferă Soarele. Aceasta înseamnă că interferența are loc conform unor legi mai complexe.

Filme subțiri

Cel mai evident exemplu de acest geninteracțiunea luminii este incidența unui fascicul de lumină pe o peliculă subțire. Când există o picătură de benzină într-o băltoacă de oraș, suprafața strălucește cu toate culorile curcubeului. Și acesta este tocmai rezultatul interferenței.

Lumina cade pe suprafața filmului, este refractată, cade pe marginea benzinei și a apei, se reflectă și se refractă din nou. Drept urmare, valul se întâlnește la ieșire. Astfel, toate undele sunt suprimate, cu excepția celor pentru care este îndeplinită o condiție: grosimea filmului este un multiplu al unei lungimi de undă de jumătate întreg. Apoi, la ieșire, oscilația se va întâlni cu două maxime. Dacă grosimea acoperirii este egală cu întreaga lungime de undă, atunci ieșirea va suprapune maximul pe minim, iar radiația se va stinge singură.

De aici rezultă că, cu cât filmul este mai gros, cu atât trebuie să fie mai mare lungimea de undă care va ieși din ea fără pierderi. De fapt, o peliculă subțire ajută la evidențierea culorilor individuale din întregul spectru și poate fi folosită în tehnologie.

Sesiuni foto și gadgeturi

Destul de ciudat, unele aplicații de interferență sunt familiare tuturor fashionistelor din întreaga lume.

Slujba principală a unui model feminin frumos este să arate bine în fața camerelor de luat vederi. O întreagă echipă pregătește femei pentru o ședință foto: stilist, makeup artist, designer de modă și interior, editor de reviste. Paparazzi enervanti pot sta la pândă pe un model pe stradă, acasă, în haine amuzante și într-o ipostază ridicolă, iar apoi să pună pozele în public. Dar un echipament bun este esențial pentru toți fotografi. Unele dispozitive pot costa câteva mii de dolari. PrintrePrincipalele caracteristici ale unor astfel de echipamente vor fi în mod necesar iluminarea opticii. Iar pozele de pe un astfel de dispozitiv vor fi de foarte buna calitate. În consecință, o fotografie cu stea fără pregătire nu va părea atât de neatractiv.

Ochelari, microscoape, stele

Baza acestui fenomen este interferența în peliculele subțiri. Acesta este un fenomen interesant și comun. Și găsește aplicații de interferență luminoasă într-o tehnică pe care unii oameni o țin în mână în fiecare zi.

Ochiul uman percepe cel mai bine culoarea verde. Prin urmare, fotografiile fetelor frumoase nu ar trebui să conțină erori în această regiune specială a spectrului. Dacă pe suprafața camerei se aplică un film cu o grosime specifică, atunci un astfel de echipament nu va avea reflexii verzi. Dacă cititorul atent a observat vreodată astfel de detalii, atunci ar fi trebuit să fie lovit de prezența doar a reflexelor roșii și violete. Aceeași peliculă este aplicată pe ochelarii.

Dar dacă nu vorbim despre ochiul uman, ci despre un dispozitiv lipsit de pasiune? De exemplu, un microscop trebuie să înregistreze spectrul infraroșu, iar un telescop trebuie să studieze componentele ultraviolete ale stelelor. Apoi se aplică o peliculă antireflex de o grosime diferită.