» » » » » » » Interferența optică

Interferența optică

postat în: Lumina | 0

Franjuri de interferență(Crearea de franjuri de interferență printr-o suprafață optică pe o suprafață reflectorizantă. Radiațiile luminoase dintr-o sursă monocromatică trec prin sticlă și reflectă atât suprafața inferioară a planului, cât și suprafața suportului. Spațiul mic dintre suprafețe face ca cele două raze reflectate să aibă lungimi diferite ale traiectoriei. În plus, raza reflectată de placa inferioară suferă o inversare de fază de 180 ° Ca urmare, în locațiile (a) unde diferența de cale este un multiplu impar de λ/2, undele se adună. În locațiile b) unde diferența de traiectorie este un multiplu egal de λ/2, undele se anulează. Deoarece decalajul dintre suprafețe variază ușor în lățime în diferite puncte, sunt văzute o serie de benzi luminoase și întunecate alternante, franjurile de interferență.) 

Deoarece frecvența undelor luminoase (~ 1014 Hz) este prea mare pentru a fi detectată de detectoarele disponibile în prezent, este posibil să se observe numai intensitatea unui model de interferență optică. Intensitatea luminii la un anumit punct este proporțională cu pătratul amplitudinii medii a undelor.

Astfel, modelul de interferență indică diferența de fază dintre cele două unde, cu maxima care apare atunci când diferența de fază este un multiplu de 2π. Dacă cele două fascicule sunt de o intensitate egală, maximele sunt de patru ori mai strălucitoare ca fasciculele individuale, iar minimele au intensitate zero.

Cele două unde trebuie să aibă aceeași polarizare pentru a da naștere la franjuri de interferență, deoarece nu este posibil ca undele de polarizări diferite să se anuleze reciproc sau să se adune împreună. În schimb, atunci când se adaugă unde de polarizare diferite, acestea dau naștere unei unde de stare de polarizare diferită.

Cerințele sursei de lumină

Discuția de mai sus presupune că undele care interferează reciproc sunt monocromatice, adică au o singură frecvență – aceasta necesită ca acestea să fie infinite în timp. Acest lucru nu este, totuși, nici practic, nici necesar. Două unde identice cu durată finită a căror frecvență este fixă ​​în acea perioadă vor genera un model de interferență în timp ce se suprapun. Două unde identice care constau dintr-un spectru îngust de unde de frecvență cu durată finită vor genera o serie de modele de franjuri cu spațieri ușor diferite și dacă distribuția spațierilor este semnificativ mai mică decât distanța medie a franjurilor, un model de franjuri va fi din nou observat în timpul în care cele două unde se suprapun.

Sursele convenționale de lumină emit unde de frecvențe diferite și în momente diferite de la diferite puncte ale sursei. Dacă lumina este împărțită în două unde și apoi re-combinată, fiecare undă de lumină individuală poate genera un model de interferență cu cealaltă jumătate, dar tiparele individuale ale franjurilor generate vor avea diferite faze și distanțe și, în mod normal, nu va fi observat niciun model general de franjuri . Cu toate acestea, sursele de lumină cu un singur element, cum ar fi lămpile cu vapori de sodiu sau cu mercur, au linii de emisie cu spectre de frecvență destul de înguste. Când acestea sunt filtrate spațial și în culoare, și apoi împărțite în două unde, ele pot fi suprapuse pentru a genera franjuri de interferență. Toate interferometriile anterioare inventării laserului au fost realizate folosind astfel de surse și au avut o gamă largă de aplicații de succes.

Un fascicul laser se apropie, în general, mult mai îndeaproape de o sursă monocromatică și este mult mai simplu să se genereze franjuri de interferență utilizând un laser. Ușurința cu care se pot observa franjurile de interferență cu ajutorul fasciculului laser poate provoca uneori probleme în faptul că reflexiile răzlețe pot genera franjuri de interferență falsă care pot duce la erori.

În mod normal, în interferometrie se utilizează un singur fascicul laser, deși interferența a fost observată și utilizând două lasere independente ale căror frecvențe au fost suficient de potrivite pentru a satisface cerințele de fază.

Interferența într-o bulă de săpun
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Soap_bubble_sky.jpg

(Interferența luminii albe într-o bulă de sapun. Iridescența se datorează interferențelor subțiri. )

De asemenea, este posibil să se observe franjuri de interferență utilizând lumina albă. Un model de franjuri de lumină albă poate fi considerat a fi alcătuit dintr-un „spectru” de modele de franjuri, fiecare având spațieri ușor diferite. Dacă toate modelele de franjuri sunt în fază în centru, atunci franjurile vor crește în mărime pe măsură ce lungimea de undă scade, iar intensitatea însumată va arăta între trei și patru franjuri de culoare diferită. Young descrie acest lucru foarte elegant, în discuția sa despre interferențe cu două fante. Din moment ce franjurile de lumină albă sunt obținute numai atunci când cele două unde au parcurs distanțe egale față de sursa de lumină, ele pot fi foarte utile în interferometrie, deoarece permit franjuri cu diferențe de cale zero.

Dispozitive optice

Pentru a genera franjuri de interferență, lumina de la sursă trebuie împărțită în două unde care trebuie apoi re-combinate. În mod tradițional, interferometrele au fost clasificate fie ca sisteme de divizare a amplitudinii, fie ca sisteme de divizare a frontului de undă.

Într-un sistem de divizare a amplitudinii, un splitter de fascicule este utilizat pentru a împărți lumina în două fascicule care călătoresc în direcții diferite, care apoi sunt suprapuse pentru a produce modelul de interferență. Interferometrul Michelson și interferometrul Mach-Zehnder sunt exemple de sisteme de divizare de amplitudine.

În sistemele de divizare a fronturilor de undă, undele sunt divizate în spațiu exemplesunt interferometrul cu gât dublu al lui Young și oglinda Lloyd.

Interferența poate fi observată și în fenomenele de zi cu zi, cum ar fi iridescența și colorarea structurală. De exemplu, culorile observate într-un balon de săpun apar din cauza interferenței de lumină care reflectă suprafețele din față și din spate ale filmului de săpun subțire. În funcție de grosimea filmului, culorile diferite interferează constructiv și distructiv.

Interferometria optică

Interferometria a jucat un rol important în dezvoltarea fizicii și are, de asemenea, o gamă largă de aplicații în domeniul măsurării fizice și inginerești.

Interferometrul cu fantă dublă al lui Thomas Young din 1803, a arătat franjuri de interferență atunci când două fante mici au fost iluminate cu lumina dintr-o altă fantă mică, care a fost iluminată de lumina soarelui. Young a reușit să estimeze lungimea de undă a diferitelor culori din spectrul de frecvență din spațierea franjurilor. Experimentul a jucat un rol major în acceptarea generală a teoriei undelor luminoase. În mecanica cuantică, acest experiment este considerat a demonstra natura inseparabilă a undelor și particulelor de lumină și alte particule cuantice (dualitatea undă-particulă). Lui Richard Feynman îi plăcea să spună că toate mecanicile cuantice pot fi obținute din gândirea cu atenție a implicațiilor acestui experiment unic.

Rezultatele experimentului Michelson-Morley sunt în general considerate a fi prima dovadă puternică împotriva teoriei unui eter luminifer și în favoarea relativității speciale.

Interferometria a fost utilizată pentru definirea și calibrarea standardelor de lungime. Atunci când metrul a fost definit ca distanța dintre două semne pe o bară de platină-iridiu, Michelson și Benoît au folosit interferometria pentru a măsura lungimea de undă a liniei de cadmiu roșu în noul standard și au arătat că ar putea fi utilizată ca standard de lungime. Șaizeci de ani mai târziu, în 1960, metrul din noul sistem SI a fost definit ca fiind egal cu 1.650.763,73 lungimi de undă ale liniei de emisie portocaliu-roșu în spectrul electromagnetic al atomului krypton-86 în vid. Această definiție a fost înlocuită în 1983 prin definirea metrului drept distanța parcursă de lumină în vid în timpul unui anumit interval de timp. Interferometria este încă fundamentală în stabilirea lanțului de calibrare în măsurarea lungimii.

Interferometria este utilizată la calibrarea etaloanelor de lungime și în mașinile de măsurat coordonatele. Este, de asemenea, utilizată în testarea componentelor optice.

Summary
Review Date
Reviewed Item
Interferența optică
Author Rating
51star1star1star1star1star

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *

Acest sit folosește Akismet pentru a reduce spamul. Află cum sunt procesate datele comentariilor tale.