Интерферометры. Просветление оптических приборов.

Явление интерференции применяется для очень точных, измерений малых расстояний и показателей преломления прозрачных сред. При этом используются специальные приборы — интерферометры. Интерферометр — измерительный прибор, принцип действия которого основан на явлении интерференции. Принцип действия интерферометра заключается в следующем: пучок электромагнитного излучения с помощью того или иного устройства пространственно разделяется на два или большее количество когерентных пучков. Каждый из пучков проходит различные оптические пути и возвращается на экран, создавая интерференционную картину, по которой можно установить смещение фаз пучков. Интерферометры применяются как при точных измерениях длин, в частности в станкостроении и машиностроении, так и для оценки качества оптических поверхностей и проверки оптических систем в целом.

Просветление оптики.Явление интерференции широко используется для про­светления оптики, сущность которого состоит в том, чтобы ликвидировать вредное отражение света от поверхностей линз в сложных оптических системах. Современные оптические приборы содержат, как правило, много линз. От каждой поверхности от­ражается примерно 4 % энергии падающего света, что снижает прозрачность оптики. В связи с этим на каждую свободную поверх­ность линзы наносят пленку толщиной d = λ/ 4 из прозрачного вещества с показате­лем преломления n_пл, который меньше показателя преломления стекла n_ст. Если свет попадает на такую линзу, он отражается от поверхности воздух-пленка и пленка-стекло. Оба отраженных луча когерентны и при толщине пленки d = λ/4 гасят друг друга. Наиболее полное гашение будет при n_ПЛ=(n_СТ)^1/2. В результате такого покрытия линз оптическая система «просветляется».

6. Применение метода зон Френеля к расчету дифракции Фраунгофера на од­ной щели.

Плоская монохроматическая волна, которая формируется светофильтром и первой собирающей линзой, падает на непрозрачную преграду с отверстием в виде бесконечно длинной щели АВ шириной b. Вторичные сферические волны от различных участков плоского фронта волны, распространяются за преградой по различным направлениям, которые определяются углом φ(-π/2 < φ < π/2). С помощью второй линзы параллельный пучок лучей с заданным углом φ фокусируется в точке Р экрана, который расположен в фокальной плоскости этой линзы. Положение точки Р определяется координатой х, которая зависит от угла φ (х=ftgφ). Оптическая разность хода крайних лучей равна ∆l= bsinφ. Разбить щель AB на зоны Френеля можно следующим образом. Отрезок АС, равный разности хода крайних лучей, нужно разделить на участки длиной λ/2 и провести плоскости, параллельные фронту ВС. Эти плоскости разобьют поверхность щели АВ на z = bsinφ/(λ/2) зон Френеля. Т.к. число зон Френеля, которые укладываются на ширине b щели, зависит от угла φ, то результат дифракции, т.е. усиление или ослабление света, будет на­блюдаться на экране для углов φ, для которых число открытых зон Френеля равно нечетным или четным числам bsinφ/(λ/2)= + - m* m*=2,3..

Число т* не равно единице, так как при ширине щели, меньшей длины вол­ны, минимумы интенсивности вообще не возникают.

т* = 2т для четного и т*=(2т +1) для нечетного числа открытых зон Френеля,

bsin φm=±2тλ/2 условие минимума I;

bsin φm= ±(2т + 1)λ/2 условие максимума I:

Поскольку угол φ изменяется в пределах –π/2 ... π/2, то значения sinφ лежат на отрезке -1 ... +1.Максимально возможное число дифракционных ми­н. и макс. определяется тем, что модуль sinφ≤1. При φ= 0 все лучи приходят в точку О экрана в одинаковой фазе, поэтому при наложении они усиливают друг друга и в точке О наблюдается центральный дифракци­онный максимум. Дифракционная картина зависит от ширины щели. Сужение щели приводит к снижению яркости максимумов и расширению их на экране. Увеличение ширины щели приводит к повышению яркости максимумов при уменьшении их ширины на экране. При b>>λ на экране наблюдается резкое изображение щели, т.е. явление дифракции отсутствует.