Anvendelse av interferens, tynnfilmsinterferens

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 10:37

I dag skal vi snakke om bruken av interferens i vitenskap og hverdagsliv, avsløre den fysiske betydningen av dette fenomenet og fortelle om historien til oppdagelsen.

Definisjoner og distribusjoner

Før du snakker om betydningen av et fenomen i natur og teknologi, må du først gi en definisjon. I dag vurderer vi et fenomen som skoleelever studerer i fysikktimer. Derfor, før vi beskriver den praktiske anvendelsen av interferens, la oss gå til læreboken.

Til å begynne med bør det bemerkes at dette fenomenet gjelder alle typer bølger: de som oppstår på vannoverflaten eller under forskning. Så interferens er en økning eller reduksjon i amplituden til to eller flere koherente bølger, som oppstår hvis de møtes på ett punkt i rommet. Maksima i dette tilfellet kalles antinoder, og minima kalles noder. Denne definisjonen inkluderer noen egenskaper ved oscillerende prosesser, som vi vil avsløre litt senere.

Bildet som er resultatet av å legge bølger oppå hverandre (og det kan være mange av dem) avhenger bare av faseforskjellen der svingningene kommer til ett punkt i rommet.

Lys er også en bølge

Forskere kom til denne konklusjonen allerede på 1500-tallet. Grunnlaget for optikk som vitenskap ble lagt av den verdensberømte engelske vitenskapsmannen Isaac Newton. Det var han som først innså at lys består av visse elementer, hvor mengden bestemmer fargen. Forskeren oppdaget fenomenet spredning og refraksjon. Og han var den første som observerte forstyrrelsen av lys på linser. Newton studerte slike egenskaper til stråler som brytningsvinkelen i forskjellige medier, dobbel brytning og polarisering. Han er kreditert med den første anvendelsen av bølgeinterferens til fordel for menneskeheten. Og det var Newton som innså at hvis lys ikke var vibrasjoner, ville det ikke vise alle disse egenskapene.

Lette eiendommer

Bølgeegenskapene til lys inkluderer:

1. Bølgelengde. Dette er avstanden mellom to tilstøtende høyder av en sving. Det er bølgelengden som bestemmer fargen og energien til synlig stråling.
2. Frekvens. Dette er antallet komplette bølger som kan oppstå på ett sekund. Verdien er uttrykt i Hertz og er omvendt proporsjonal med bølgelengden.
3. Amplitude. Dette er "høyden" eller "dybden" av oscillasjonen. Verdien endres direkte når to oscillasjoner forstyrrer. Amplituden viser hvor sterkt det elektromagnetiske feltet ble forstyrret for å generere denne spesielle bølgen. Den angir også feltstyrken.
4. Bølgefase. Dette er den delen av oscillasjonen som nås på et gitt tidspunkt. Hvis to bølger møtes på samme punkt under interferens, vil faseforskjellen deres uttrykkes i enheter av π.
5. Koherent elektromagnetisk stråling kalles medde samme egenskapene. Koherensen til to bølger innebærer konstanten av faseforskjellen deres. Det finnes ingen naturlige kilder til slik stråling, de er kun skapt kunstig.

Første søknad er vitenskapelig

Sir Isaac jobbet hardt og hardt med lysets egenskaper. Han observerte nøyaktig hvordan en stråle av stråler oppfører seg når den møter et prisme, en sylinder, en plate og en linse fra forskjellige brytningsgjennomsiktige medier. En gang plasserte Newton en konveks glasslinse på en glassplate med en buet overflate ned og rettet en strøm av parallelle stråler mot strukturen. Som et resultat avviker radielt lyse og mørke ringer fra midten av linsen. Forskeren gjettet umiddelbart at et slikt fenomen bare kan observeres hvis det er en periodisk egenskap i lyset som slukker strålen et sted, og et sted, tvert imot, forbedrer den. Siden avstanden mellom ringene var avhengig av linsens krumning, var Newton i stand til å tilnærmet beregne bølgelengden til oscillasjonen. Dermed fant den engelske vitenskapsmannen for første gang en konkret anvendelse for fenomenet interferens.

Splitt interferens

Ytterligere studier av lysets egenskaper krevde å sette opp og gjennomføre nye eksperimenter. Først lærte forskerne hvordan man lager sammenhengende bjelker fra ganske heterogene kilder. For å gjøre dette ble strømmen fra en lampe, et lys eller en sol delt i to ved hjelp av optiske enheter. For eksempel, når en bjelke treffer en glassplate i en vinkel på 45 grader, så en del av denbrytes og går videre, og en del reflekteres. Hvis disse strømmene gjøres parallelle ved hjelp av linser og prismer, vil faseforskjellen i dem være konstant. Og for at lyset i forsøkene ikke kom ut som en vifte fra en punktkilde, ble strålen gjort parallelt ved hjelp av en nærfokuslinse.

Da forskere lærte alle disse manipulasjonene med lys, begynte de å studere fenomenet interferens på en rekke hull, inkludert en smal sp alte eller en rekke sp alter.

Interferens og diffraksjon

Opplevelsen beskrevet ovenfor ble mulig på grunn av en annen egenskap ved lys - diffraksjon. Ved å overvinne en hindring som er liten nok til å sammenlignes med bølgelengden, er oscillasjonen i stand til å endre retningen på forplantningen. På grunn av dette, etter en smal sp alte, endrer en del av strålen forplantningsretningen og samhandler med stråler som ikke endret helningsvinkelen. Derfor kan ikke applikasjonene for interferens og diffraksjon skilles fra hverandre.

Modeller og virkelighet

Fram til dette punktet har vi brukt modellen for en ideell verden der alle lysstråler er parallelle med hverandre og sammenhengende. I den enkleste beskrivelsen av interferens er det også antydet at stråling med samme bølgelengde alltid oppstår. Men i virkeligheten er ikke alt slik: lyset er oftest hvitt, det består av alle de elektromagnetiske vibrasjonene som solen gir. Dette betyr at interferens oppstår i henhold til mer komplekse lover.

Tynne filmer

Det mest åpenbare eksemplet av denne typeninteraksjon av lys er forekomsten av en lysstråle på en tynn film. Når det er en dråpe bensin i en bydam, skimrer overflaten av alle regnbuens farger. Og dette er nettopp resultatet av interferens.

Lys faller på overflaten av filmen, brytes, faller på grensen til bensin og vann, reflekteres og brytes igjen. Som et resultat møter bølgen seg selv ved utgangen. Dermed blir alle bølger undertrykt, bortsett fra de der én betingelse er oppfylt: filmtykkelsen er et multiplum av en halvtalls bølgelengde. Så ved utgangen vil oscillasjonen møte seg selv med to maksima. Hvis tykkelsen på belegget er lik hele bølgelengden, vil utgangen legge maksimum på minimum, og strålingen vil slukke seg selv.

Av dette følger at jo tykkere filmen er, desto større må bølgelengden være som kommer ut av den uten tap. Faktisk bidrar en tynn film til å fremheve individuelle farger fra hele spekteret og kan brukes i teknologi.

Fotoseanser og gadgets

Merkelig nok er noen applikasjoner av interferens kjent for alle motefolk over hele verden.

Hovedjobben til en vakker kvinnelig modell er å se bra ut foran kameraene. Et helt team forbereder kvinner til en fotoseanse: en stylist, makeupartist, mote- og interiørdesigner, magasinredaktør. Irriterende paparazzier kan ligge og vente på en modell på gaten, hjemme, i morsomme klær og en latterlig positur, og deretter vise bildene offentlig. Men godt utstyr er avgjørende for alle fotografer. Noen enheter kan koste flere tusen dollar. BlantHovedkarakteristikkene til slikt utstyr vil nødvendigvis være opplysning av optikk. Og bildene fra en slik enhet vil være av svært høy kvalitet. Følgelig vil heller ikke et stjerneskudd uten forberedelse se så lite attraktivt ut.

Briller, mikroskoper, stjerner

Grunnlaget for dette fenomenet er interferens i tynne filmer. Dette er et interessant og vanlig fenomen. Og finner lysinterferensapplikasjoner i en teknikk som noen mennesker holder i hendene hver dag.

Det menneskelige øyet oppfatter grønn farge best. Derfor bør ikke fotografier av vakre jenter inneholde feil i denne spesielle regionen av spekteret. Hvis en film med en bestemt tykkelse påføres overflaten av kameraet, vil slikt utstyr ikke ha grønne refleksjoner. Hvis den oppmerksomme leseren noen gang har lagt merke til slike detaljer, burde han ha blitt slått av tilstedeværelsen av bare røde og lilla refleksjoner. Den samme filmen påføres brilleglass.

Men hvis vi ikke snakker om det menneskelige øyet, men om en lidenskapsløs enhet? For eksempel må et mikroskop registrere det infrarøde spekteret, og et teleskop må studere de ultrafiolette komponentene til stjerner. Deretter påføres en antirefleksfilm av en annen tykkelse.