Применение интерференции - Курс лекций по оптике

Интерференция находит широкое практическое применение. При двухлучевой интерференции, например в опытах Юнга по ширине интерференционной полосы или по расстоянию между полосами можно определить длину волны. Большое значение в оптотехнике имеет явление просветление оптики. С целью уменьшения отражения и большего пропускания интенсивности света оптические детали покрывают тонкими пленками с заданным значением толщины h и показателем преломления n. Отраженные от верхней и нижней поверхности световые волны встречаются в противофазе и гасят друг друга. Разность хода лучей 2hn должна быть равной половине длины волны , поэтому . Расчет производится обычно для l0=555 нм.

         Для прецизионных измерений линейных размеров служат оптические приборы – интерферометры. Рассмотрим для примера двухлучевой интерферометр Майкельсона (рис. 6). Пучок света от источника О падает на плоскопараллельную пластину Р1, покрытую тонким слоем серебра интенсивность прошедшего луча 1 и отраженного 2 равны. Отраженные лучи 1' и 2' от зеркал S1 и S2. проходя и отражаясь от пластины Р1, складываясь, дают интерференционную картину, так как они когерентные. Интерференционная картина соответствует интерференции в воздушном слое, образованном зеркалом S2 и мнимым изображением зеркала S1'.

         Перемещая зеркало S1 можно менять расстояние или угол между плоскостями. Интерференционная картина представляет собой полосы равного наклона или полосы равной толщины. Смещение картины на одну полосу соответствует перемещению зеркала S1 на половину длины волны.

         Пластина Р2 устанавливается для компенсации хода луча 1.

С помощью такого интерферометра был впервые измерен и сравнен с длиной стандартной световой волны международный эталон метра. Метр оказался равен 1650763,73 длин волн в вакууме излучения соответствующего перехода между уровнями 2р10 и 5d5 атома криптона Kr86.

Рассмотрим многолучевой интерферометр. В качестве примера выберем интерферометр Фабри-Перо, который часто используется в практике. Этот прбор состоит из двух стеклянных или кварцевых пластинок (рис. 7), разделенных воздушным промежутком. Пластинки П1 и П2 тщательно полируют и наносят полупрозрачный слой. Внешние плоскости пластинок слегка скошены, чтобы устранить блики. Между пластинками устанавливается кольцо К из кварца. Пластинки прижимаются к кольцу пружинами, что обеспечивает строгую параллельность внутренних плоскостей пластинок и постоянного расстояния между ними.

При пропускании сквозь прибор расходящегося пучка света в фокальной плоскости линзы Л на экране Э возникают полосы равного наклона в виде резких колец.

Интерферометр Фабри-Перо используется в спектроскопии для изучения тонкой структуры спектральных линий. Он нашел широкое применение в метрологии для сравнения длины стандартного метра с длинами волн отдельных спектральных линий.

Интерферометр Фабри-Перо действует как узкополосный фильтр. Это объясняется формулой (11). Знаменатель становится очень большим уже при небольших отличных от нуля значениях sinФ/2. Следовательно, волны, длина которых лишь немного отличается от l, проходит с большим ослаблением.

Практически простой узкополосный фильтр изготавливается из диэлектрической пластины с небольшим показателем преломления такой толщины h, чтобы оптическая длина пути в ней была равна половине длины волны, т.е. nh=l/2. Поверхности пластины покрываются тонкими слоями с достаточно большой отражающей способностью, но частично пропускающие свет. Для выбранной длины волны Ф/2=π1. sinФ/2=0, т.е.система действует как узкополосный фильтр.