Primjena interferencije, smetnje tankog filma

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Danas ćemo govoriti o korištenju interferencije u znanosti i svakodnevnom životu, otkriti fizičko značenje ovog fenomena i ispričati o povijesti njegovog otkrića.

Definicije i distribucije

Prije nego što počnete govoriti o značaju pojave u prirodi i tehnologiji, prvo morate dati definiciju. Danas razmatramo fenomen koji školarci proučavaju na satovima fizike. Stoga, prije nego što opišemo praktičnu primjenu interferencije, okrenimo se udžbeniku.

Za početak, treba napomenuti da se ovaj fenomen odnosi na sve vrste valova: one koji nastaju na površini vode ili tijekom istraživanja. Dakle, interferencija je povećanje ili smanjenje amplitude dvaju ili više koherentnih vala, što nastaje ako se sretnu u jednoj točki u prostoru. Maksimumi se u ovom slučaju nazivaju antičvorovi, a minimumi čvorovi. Ova definicija uključuje neka svojstva oscilatornih procesa, koja ćemo otkriti malo kasnije.

Slika koja nastaje superponiranjem valova jedan na drugi (a može ih biti puno) ovisi samo o razlici faza u kojoj oscilacije dolaze u jednu točku u prostoru.

Svjetlo je također val

Znanstvenici su do ovog zaključka došli već u šesnaestom stoljeću. Temelje optike kao znanosti postavio je svjetski poznati engleski znanstvenik Isaac Newton. On je prvi shvatio da se svjetlost sastoji od određenih elemenata, čija količina određuje njegovu boju. Znanstvenik je otkrio fenomen disperzije i loma. I on je prvi uočio interferenciju svjetlosti na lećama. Newton je proučavao svojstva zraka kao što su kut loma u različitim medijima, dvostruki lom i polarizacija. On je zaslužan za prvu primjenu interferencije valova za dobrobit čovječanstva. I Newton je bio taj koji je shvatio da svjetlost ne bi bila vibracija, ne bi pokazivala sve te karakteristike.

Svjetla svojstva

Valna svojstva svjetlosti uključuju:

1. Valna duljina. Ovo je udaljenost između dva susjedna vrha jednog zamaha. To je valna duljina koja određuje boju i energiju vidljivog zračenja.
2. Učestalost. Ovo je broj potpunih valova koji se mogu pojaviti u jednoj sekundi. Vrijednost je izražena u hercima i obrnuto je proporcionalna valnoj duljini.
3. Amplituda. Ovo je "visina" ili "dubina" oscilacije. Vrijednost se izravno mijenja kada se dvije oscilacije interferiraju. Amplituda pokazuje koliko je snažno elektromagnetsko polje bilo poremećeno da bi se generirao ovaj određeni val. Također postavlja jačinu polja.
4. Faza vala. To je dio oscilacije koji se postiže u danom trenutku. Ako se dva vala susreću u istoj točki tijekom interferencije, tada će njihova fazna razlika biti izražena u jedinicama π.
5. Koherentno elektromagnetsko zračenje naziva se siste karakteristike. Koherencija dvaju vala podrazumijeva postojanost njihove fazne razlike. Ne postoje prirodni izvori takvog zračenja, oni su stvoreni samo umjetno.

Prva prijava je znanstvena

Sir Isaac je naporno radio na svojstvima svjetlosti. Promatrao je kako se točno ponaša snop zraka kada naiđe na prizmu, cilindar, ploču i leću iz raznih lomljivih prozirnih medija. Jednom je Newton stavio konveksnu staklenu leću na staklenu ploču sa zakrivljenom površinom prema dolje i usmjerio mlaz paralelnih zraka na strukturu. Kao rezultat toga, radijalno svijetli i tamni prstenovi odstupaju od središta leće. Znanstvenik je odmah pogodio da se takav fenomen može promatrati samo ako postoji neko periodično svojstvo svjetla koje negdje gasi snop, a negdje ga, naprotiv, pojačava. Budući da je udaljenost između prstenova ovisila o zakrivljenosti leće, Newton je uspio približno izračunati valnu duljinu titranja. Tako je engleski znanstvenik po prvi put pronašao konkretnu primjenu za fenomen interferencije.

smetnje u prorezu

Daljnje studije svojstava svjetlosti zahtijevale su postavljanje i provođenje novih eksperimenata. Prvo, znanstvenici su naučili kako stvoriti koherentne zrake iz prilično heterogenih izvora. Da biste to učinili, protok svjetiljke, svijeće ili sunca podijeljen je na dva pomoću optičkih uređaja. Na primjer, kada snop udari o staklenu ploču pod kutom od 45 stupnjeva, tada diose lomi i prolazi dalje, a dio se reflektira. Ako se ti tokovi naprave paralelno uz pomoć leća i prizmi, fazna razlika u njima bit će konstantna. A kako u eksperimentima svjetlost nije izlazila poput ventilatora iz točkastog izvora, snop je napravljen paralelno pomoću leće bliskog fokusa.

Kada su znanstvenici naučili sve ove manipulacije svjetlom, počeli su proučavati fenomen interferencije na raznim rupama, uključujući uski prorez ili niz proreza.

Interferencija i difrakcija

Gore opisano iskustvo postalo je moguće zbog drugog svojstva svjetlosti - difrakcije. Prevladavajući prepreku dovoljno malu da se može usporediti s valnom duljinom, titranje može promijeniti smjer svog širenja. Zbog toga, nakon uskog proreza, dio snopa mijenja smjer širenja i stupa u interakciju sa zrakama koje nisu promijenile kut nagiba. Stoga se primjene interferencije i difrakcije ne mogu odvojiti jedna od druge.

Manekenke i stvarnost

Do sada smo koristili model idealnog svijeta u kojem su svi snopovi svjetlosti međusobno paralelni i koherentni. Također, u najjednostavnijem opisu interferencije podrazumijeva se da se uvijek susreću zračenja istih valnih duljina. Ali u stvarnosti sve nije tako: svjetlost je najčešće bijela, sastoji se od svih elektromagnetskih vibracija koje Sunce pruža. To znači da se smetnje događa prema složenijim zakonima.

tanki filmovi

Najočitiji primjer ove vrsteinterakcija svjetlosti je upad snopa svjetlosti na tanki film. Kad se u gradskoj lokvi nađe kap benzina, površina svjetluca svim duginim bojama. A to je upravo rezultat smetnji.

Svjetlost pada na površinu filma, lomi se, pada na granicu benzina i vode, reflektira se i ponovno lomi. Kao rezultat toga, val se susreće na izlazu. Dakle, svi valovi su potisnuti, osim onih za koje je zadovoljen jedan uvjet: debljina filma je višekratnik polucijelog broja valne duljine. Tada će se na izlazu oscilacija susresti s dva maksimuma. Ako je debljina prevlake jednaka cijeloj valnoj duljini, tada će izlaz prekriti maksimum na minimum, a zračenje će se samo po sebi ugasiti.

Iz ovoga slijedi da što je film deblji, to mora biti veća valna duljina koja će iz njega izaći bez gubitka. Zapravo, tanki film pomaže istaknuti pojedinačne boje iz cijelog spektra i može se koristiti u tehnologiji.

Fotografije i gadgeti

Začudo, neke primjene smetnji poznate su svim modnim ljubiteljima diljem svijeta.

Glavni posao lijepe ženske manekenke je izgledati dobro pred kamerama. Cijeli tim priprema žene za fotografiranje: stilistica, vizažistica, modna dizajnerica i dizajnerica interijera, urednica časopisa. Dosadni paparazzi mogu čekati manekenku na ulici, kod kuće, u smiješnoj odjeći i smiješnoj pozi, a zatim iznijeti slike u javnost. Ali dobra oprema neophodna je za sve fotografe. Neki uređaji mogu koštati nekoliko tisuća dolara. MeđuGlavne karakteristike takve opreme nužno će biti prosvjetljenje optike. A slike s takvog uređaja bit će vrlo visoke kvalitete. Sukladno tome, snimak zvijezde bez pripreme također neće izgledati tako neprivlačno.

Naočale, mikroskopi, zvijezde

Osnova ovog fenomena je interferencija u tankim filmovima. Ovo je zanimljiv i čest fenomen. I pronalazi primjene svjetlosnih smetnji u tehnici koju neki ljudi svakodnevno drže u rukama.

Ljudsko oko najbolje percipira zelenu boju. Stoga fotografije lijepih djevojaka ne bi trebale sadržavati pogreške u ovom području spektra. Ako se na površinu kamere nanese film određene debljine, tada takva oprema neće imati zelene refleksije. Ako je pažljiv čitatelj ikad primijetio takve detalje, onda bi ga trebala zapanjiti prisutnost samo crvenih i ljubičastih odsjaja. Isti film se primjenjuje na naočale za naočale.

Ali ako ne govorimo o ljudskom oku, već o uređaju bez strasti? Na primjer, mikroskop mora registrirati infracrveni spektar, a teleskop proučava ultraljubičaste komponente zvijezda. Zatim se nanosi antirefleksni film različite debljine.