INTERFERENCJA ŚWIATŁA

Interferencją nazywamy niezależny od czasu przypadek nakładania się fal podlegających zasadzie superpozycji. Spełnienie zasady superpozycji oznacza, że zaburzenia powstałe w wyniku nałożenia się w określonym obszarze przestrzeni kilku niezależnych zaburzeń jest ich sumą - algebraiczną (skalarną) lub geometryczną (wektorową), w zależności od typu wielkości fizycznej charakteryzującej zaburzenie tzn. podczas nakładania się występują efekty nieliniowe.

Światło jest promieniowaniem elektromagnetycznym, a zjawisko polaryzacji światła świadczy o tym, że jest ono fala poprzeczną. Do opisu ilościowego zjawisk w optyce falowej wykorzystuje się głównie wektor natężenia pola elektrycznego fali E -zwany wektorem świetlnym, z uwagi na dominującą role oddziaływań elektrycznych w ośrodkach optycznych.

PIERŚCIENIE NEWTONA

Pierścienie Newtona stanowią przykład obrazu interferencyjnego, powstającego w wyniku nałożenia się promieni odbitych na powierzchniach granicznych tzw. Cienkiej warstwy o zmiennej grubości.

DŁUGOŚĆ FALI λ.

LAMBDA - długość fali stanowiąca odległość miedzy dwoma punktami fali, dla

których 2π różnica faz wynosi

warunek wzmocnienia fal oznacza, że są one przesunięte względem siebie o całkowitą wielokrotność lambda, natomiast wygaszenie zachodzi przy przesunięciu Δ równej nieparzystej wielokrotności długości fali.

• Warunek wzmocnienia Δ=kλ

• Warunek wygaszania Δ=(2k+1)λ/2

λ=a/4R

R - promień powierzchni sferycznej soczewki,

Natężenie światła jest wprost proporcjonalne do kwadratu amplitudy fali. Stabilny rozkład przestrzenny natężenia światła, charakterystyczny dla interferencji, wymaga aby różnica faz fal δ składowych w równaniu

E=E₁+E₂ = 2E₀ cos[(δ₁-δ₂)/2]sin{2Πυ(t-x/c)+[(δ₁+ δ₂)/2]}

była stała w czasie. Zachodzi to przy spełnieniu warunków ciągłości przestrzenno czasowej oraz monochromatyczności nakładających się fal (ν₁ =ν₂). W przypadku nakładania się ciągów fal spójnych o różnych częstotliwościach, fala wypadkowa jest modulowana amplitudowo - rozkład natężenia światła zmienia się okresowo w czasie i przestrzeni.

Dodatkowe warunki interferencji, typowe dla światła, to zgodność płaszczyzn polaryzacji fal składowych oraz ograniczona różnic dróg optycznych, nie przekraczająca ciągłości przestrzennej fotonu.

Promień świetlny jest ciągiem fotonów - niezsynchronizowanych fazowo proporcji fali elektromagnetycznej o ciągłości przestrzennej od kilku do kilkudziesięciu cm. Interferencja światła zachodzi w ramach pojedynczych fotonów. Fotony są cząstkami elementarnymi materii, a więc niepodzielnymi fizycznie obiektami kwantowymi.

OPIS CZĘŚCI DOŚWIADCZALNEJ.

Przyrządy potrzebne do przeprowadzenia doświadczenia :

Mikroskop z przesuwanym stolikiem i czujnikiem do pomiaru przesuwu wzdłużnego, układ złożony z soczewki, szklanej płytki płasko - równoległej i płytki światłodzielącej, lampa sodowa.

Światło lampy sodowej pada na płytkę światłodzielącą, pełniąca role zwierciadła półprzeźroczystego, ustawiona pod katem 45⁰ do osi układu, odbija się od niej i pada prostopadle na soczewkę. Część tej wiązki odbija się od dolnej pow. soczewki, a część przenika przez cienką warstwę powietrza i odbija od górnej pow. płytki szklanej. Nakładające się promienie odbite tworzą falę interferencyjna wpadającą do obiektywu mikroskopu. Dzięki zmieniającej się radialnie różnicy dróg optycznych nakładających się promieni, obserwujemy obraz interferencyjny w postaci pierścieni.

Lampa sodowa emituje światło żółte, którego widmo składa się z dwóch położonych blisko siebie linii o dł. fal 598,6nm i 589,0nm, co nie ma wpływu na obserwowany obraz pierwszych kilkuset pierścieni ze względu na ograniczona rozdzielczość metody.

DOŚWIADCZENIE POLEGAŁO NA:

1. Odpowiednim ustawieniu przyrządów (mikroskop, lampa sodowa);

2. Zmierzeniu średnicy pierwszych 10 lub 16 pierścieni Newtona widocznych przy użyciu mikroskopu;

3. Wyznaczeniu parametrów prostej regresji oraz wyliczeniu długości fali λ;

4. Wyliczeniu błędów pomiaru z zależności |Δλ | /λ= |Δα | /α+ |ΔR | /R;

5. Sporządzeniu wykresu prostej regresji.

---