Применение Интерференции

Применение  Интерференции

"Просветление" оптики 

"Просветление" оптики.

Одной из главных задач, возникающих при  построении различных оптических и  антенных устройств СВЧ диапазона, является уменьшение потерь интенсивности  света, мощности потока электромагнитной энергии при отражении от поверхностей линз, обтекателей антенн и пр. приборов, используемых для преобразований световых и радиоволн в разнообразных  приборах фотоники, оптоэлектроники и радиоэлектроники.Рассмотрим решение этой задачи на примере "просветления" оптики. Как показывают расчеты, отражение света от поверхности линзы сопровождается уменьшением его интенсивности примерно на 4%. Учитывая, что современные оптические устройства, в частности современные оптоэлектронные приборы содержат достаточно большое количество линз, зеркал, светоделительных устройств, потери интенсивности проходящей световой волны без применения специальных мер могут стать значительными. Для уменьшения потерь на отражение используется покрытие оптических деталей пленкой со специальным образом подобранными толщиной d  и показателем преломления n. Идея уменьшения интенсивности отраженного света от поверхности оптических деталей состоит в интерференционном гашении волны, отраженной от внешней поверхности детали, волной отражённой от внутренней. Для осуществления этого амплитуды обеих волн должны быть равны, а фазы отличаться на 180.Можно показать, что уравнивание амплитуд отражённых волн возможно, если показатель преломления плёнки n  выбирается равным. 

  Измерение углового размера источников излучения. 
 

Задача  измерения углового размера источников излучения имеет большое практическое значение для решения многих научных  и прикладных проблем. Рассмотрим определение  углового размера звезды, представляющей собой естественный источник оптического  излучения.

 

Для измерения  углового размера источника используется свойство пространственной когерентности  света, согласно которому наблюдение интерференционной  картины, создаваемой двумя щелями, расстояние между которыми равно  d и освещаемые светом длиной волны , возможно, если d , где   - радиус пространственной когерентности используемого для освещения источника света. В противном случае интерференционная картина перестаёт наблюдаться.

Устройства, для проведения измерений в которых  используется явление интерференции  волн на основе наблюдения их интерференционной  картины, называются интерферометрами.

 

Рассмотрим  устройство измерения угловых размеров звёзд, которое было предложено Майкельсоном в 1920г. и известно как звёздный интерферометр  Майкельсона.  В звёздном интерферометре, смонтированном в телескопе, с помощью  светофильтра , выделяется спектральная компонента излучения источника  с длиной волны  . Интерференционная  картина от двух щелей, облучаемых светом с известной длиной волны  , наблюдается  с помощью линзы  L на экране E , помещённом в фокальной плоскости линзы. Расстояние между щелями фиксировано. При изменении расстояния между зеркалами M+ и M-путём их взаимного перемещения между зеркалами d=2  интерференционная картина на экране  перестаёт наблюдаться. В этом случае угловой размер источника излучения   может быть найден по формуле   , где A - некоторый коэффициент, зависящий от конструкции объектива. Для круглого равномерно освещённого объектива значение A  определяется явлением дифракции света на объективе. 

Измерение показателя преломления  веществ.  
 

Измерение значения абсолютного показателя преломления  веществ основано на свойстве смещения интерференционной картины двух когерентных источников волн в зависимости  от разности начальных фаз их колебаний.

Рассмотрим  устройство измерения значения абсолютного  показателя преломления веществ  в интерферометре Жамена, упрощенное устройство которого показано на рис. В интерферометре Жамена свет от когерентного источника с длиной волны   с помощью светоделительного устройства, представляющего собой линзу, освещающую две щели в непрозрачном экране, разделяется на два параллельных пучка. Один световых пучков проходит до щели в экране кювету длиной   с исследуемым веществом, имеющим неизвестный показатель преломления n, а другой через кювету той же длины, внутри которой воздух. Оба световых пучка при облучении каждым соответствующей щели в непрозрачном экране имеют оптическую разность хода   , вычисляемую по формуле . Учитывая, что оптической разности хода лучей соответствует определённое значение разности начальных фаз колебаний световых волн интерферирующих световых пучков, следует ожидать смещения интерференционной картины на некоторое число интерференционных полос относительно направления центрального максимума,, который имел место для кювет, заполненных воздухом . Поскольку каждой из интерференционных полос соответствует оптическая разность хода, равная длине волны , значение показателя преломления исследуемого вещества может быть найдено по формуле:

  

На рис. изображена оригинальная схема интерферометра Жамена, в которой расщепление светового пучка от источника S на два световых пучка с помощью двух пластинок P1 и P2 , изготовленных из однородного стекла. Наблюдается интерференционная картина в фокальной плоскости зрительной трубки T. Переотражения световых пучков от внутренней и внешней поверхностей пластинок P1 и P2 позволяет достаточно далеко

 

 

 

развести  лучи AB и CD, чтобы на их пути разместить трубки с исследуемыми газами, как об говорилось выше.

  

Интерферометр Майкельсона. 
 

С помощью  этого интерферометра Майкельсон совместно  с Морли в 1887г. провёл знаменитый опыт с целью обнаружения движения Земли относительно гипотетического эфира, а в 1890-1895гг. Майкельсоном впервые было произведено сравнение длины красной линии кадмия с длиной нормального метра.

 

Рассмотрим  упрощённую конструкцию интерферометра Майкельсона. В этом приборе свет от источника S с помощью светоделительной (полупрозрачной) пластинки P  направляется на два зеркала и , после отражения от которых в окуляре зрительной трубы T  наблюдается их интерференция. В конструкцию интерферометра входит компенсирующая пластинка , назначение которой скомпенсировать различие фазовых набегов разделяемых световых пучков, возникающих из-за того, что пучок, отразившийся от зеркала   проходит светоделительную пластинку P один раз, а пучок от   три раза.

 

Характер  интерференционной картины, наблюдаемой  в окуляре зрительной трубы зависит  от юстировки зеркал  и , осуществляемой микрометрическими винтами - двумя  винтами и одним винтом  . С  помощью винтов   изменяется угол между плоскостями зеркал   и мнимого изображения   зеркала  светоделительной пластинке . Винтом  можно смещать относительно  мнимое изображение . Таким образом, с помощью  микрометрических винтов  и  наблюдаемая  интерференционная картина будет  иметь вид полос равного наклона  при параллельных плоскостях  и  или полос равной толщины, если их плоскости непараллельные.

При слегка расходящемся световом пучке и параллельных плоскостях  и  интерференционные  полосы будут иметь вид концентрических  окружностей. При вращении винта  в центре картины будут возникать  новые или исчезать интерференционные  полосы, стягиваясь в точку. Смещение наблюдаемой картины на одну полосу соответствует перемещению винта  на . В монохроматическом свете, соответствующей  красной линии кадмия, Майкельсон наблюдал интерференционную картину  при разности хода лучей в5105 длин волн.

Многолучевая  интерференция.