Primjena interferencije, smetnje tankog filma

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Danas ćemo pričati o upotrebi mešanja u nauci i svakodnevnom životu, otkriti fizičko značenje ovog fenomena i ispričati o istoriji njegovog otkrića.

Definicije i distribucije

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

Za početak, treba napomenuti da se ovaj fenomen odnosi na sve vrste talasa: one koji nastaju na površini vode ili tokom istraživanja. Dakle, interferencija je povećanje ili smanjenje amplitude dva ili više koherentnih talasa, koje nastaje ako se sretnu u jednoj tački u prostoru. Maksimumi se u ovom slučaju nazivaju antičvorovi, a minimumi čvorovi. Ova definicija uključuje neke osobine oscilatornih procesa, koje ćemo otkriti malo kasnije.

Slika koja nastaje superponiranjem talasa jedan na drugi (a može ih biti mnogo) zavisi samo od faze u kojoj oscilacije dolaze u jednu tačku u prostoru.

Svjetlost je također talas

Naučnici su do ovog zaključka došli već u šesnaestom veku. Osnove optike kao nauke postavio je svjetski poznati engleski naučnik Isaac Newton. On je prvi shvatio da se svjetlost sastoji od određenih elemenata, čija količina određuje njegovu boju. Naučnik je otkrio fenomen disperzije i refrakcije. I bio je prvi koji je uočio interferenciju svjetlosti na sočivima. Newton je proučavao svojstva zraka kao što su ugao prelamanja u različitim medijima, dvostruka refrakcija i polarizacija. On je zaslužan za prvu primjenu talasne interferencije za dobrobit čovječanstva. I Newton je bio taj koji je shvatio da svjetlost ne bi bila vibracija, ne bi pokazivala sve ove karakteristike.

Light properties

Svojstva talasa svetlosti uključuju:

1. Wavelongth. Ovo je razmak između dva susjedna vrha jednog zamaha. Talasna dužina određuje boju i energiju vidljivog zračenja.
2. Frekvencija. Ovo je broj kompletnih talasa koji se mogu pojaviti u jednoj sekundi. Vrijednost je izražena u hercima i obrnuto je proporcionalna talasnoj dužini.
3. Amplituda. Ovo je "visina" ili "dubina" oscilacije. Vrijednost se direktno mijenja kada se dvije oscilacije interferiraju. Amplituda pokazuje koliko je snažno elektromagnetno polje bilo poremećeno da bi se generisao ovaj poseban talas. Takođe postavlja jačinu polja.
4. Faza talasa. Ovo je dio oscilacije koji se postiže u datom trenutku. Ako se dva talasa susreću u istoj tački tokom interferencije, onda će njihova fazna razlika biti izražena u jedinicama π.
5. Koherentno elektromagnetno zračenje se naziva saiste karakteristike. Koherentnost dva talasa implicira konstantnost njihove fazne razlike. Ne postoje prirodni izvori takvog zračenja, oni su stvoreni samo veštački.

Prva prijava je naučna

Ser Isaac je naporno radio na svojstvima svjetlosti. On je tačno uočio kako se snop zraka ponaša kada naiđe na prizmu, cilindar, ploču i sočivo iz različitih refrakcijskih prozirnih medija. Jednom je Newton postavio konveksno stakleno sočivo na staklenu ploču sa zakrivljenom površinom prema dolje i usmjerio tok paralelnih zraka na strukturu. Kao rezultat, radijalno svijetli i tamni prstenovi odstupaju od centra sočiva. Naučnik je odmah pretpostavio da se takav fenomen može primijetiti 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 sočiva, Newton je mogao približno izračunati valnu dužinu oscilacije. Tako je engleski naučnik prvi put pronašao konkretnu primenu za fenomen interferencije.

smetnje u prorezu

Dalja proučavanja svojstava svjetlosti zahtijevala su postavljanje i provođenje novih eksperimenata. Prvo, naučnici su naučili kako da stvore koherentne zrake iz prilično heterogenih izvora. Da bi se to postiglo, tok iz lampe, svijeće ili sunca podijeljen je na dva pomoću optičkih uređaja. Na primjer, kada snop udari o staklenu ploču pod uglom od 45 stepeni, tada njen diose lomi i prolazi dalje, a dio se reflektira. Ako se ovi tokovi naprave paralelno uz pomoć sočiva i prizme, fazna razlika u njima će biti konstantna. I da u eksperimentima svjetlost nije izlazila kao ventilator iz tačkastog izvora, snop je napravljen paralelno pomoću sočiva bliskog fokusa.

Kada su naučnici naučili sve ove manipulacije sa 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 još jednog svojstva svjetlosti - difrakcije. Prevazilazeći prepreku dovoljno malu da se uporedi sa talasnom dužinom, oscilacija je u stanju da promeni pravac svog širenja. Zbog toga, nakon uskog proreza, dio snopa mijenja smjer prostiranja i stupa u interakciju sa snopovima koji nisu promijenili kut nagiba. Stoga se primjene interferencije i difrakcije ne mogu odvojiti jedna od druge.

Modeli i stvarnost

Do ove tačke, koristili smo 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 talasnih dužina. Ali u stvarnosti sve nije tako: svjetlost je najčešće bijela, sastoji se od svih elektromagnetnih vibracija koje Sunce daje. To znači da se smetnje dešavaju prema složenijim zakonima.

tanki filmovi

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

Svjetlost pada na površinu filma, lomi se, pada na granicu benzina i vode, reflektira se i ponovo prelama. Kao rezultat, val se susreće na izlazu. Dakle, svi valovi su potisnuti, osim onih za koje je zadovoljen jedan uvjet: debljina filma je višekratnik polucijelog broja talasne dužine. Tada će se na izlazu oscilacija susresti sa dva maksimuma. Ako je debljina prevlake jednaka cijeloj talasnoj dužini, onda će izlaz prekriti maksimum sa minimumom, a zračenje će se samo po sebi ugasiti.

Iz ovoga proizilazi da što je film deblji, veća mora biti talasna dužina koja će izaći iz njega bez gubitka. Zapravo, tanak film pomaže da se istaknu pojedinačne boje iz cijelog spektra i može se koristiti u tehnologiji.

Fotografije i gadgeti

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

Glavni posao prelijepe ženske manekenke je da dobro izgleda pred kamerama. Cijeli tim priprema žene za fotografiranje: stilist, šminker, modni i dizajner interijera, urednik časopisa. Dosadni paparaci mogu da čekaju manekenku na ulici, kod kuće, u smešnoj odeći i smešnoj pozi, a zatim izlože slike javnosti. Ali dobra oprema je neophodna za sve fotografe. Neki uređaji mogu koštati nekoliko hiljada dolara. MeđuGlavne karakteristike takve opreme nužno će biti prosvjetljenje optike. A slike s takvog uređaja bit će vrlo visokog kvaliteta. Shodno tome, snimak zvijezde bez pripreme također neće izgledati tako neprivlačno.

Naočare, mikroskopi, zvijezde

Osnova ovog fenomena je interferencija u tankim filmovima. Ovo je zanimljiva i česta pojava. I pronalazi primjene svjetlosnih smetnji u tehnici koju neki ljudi drže u rukama svaki dan.

Ljudsko oko najbolje percipira zelenu boju. Stoga, fotografije lijepih djevojaka ne bi trebale sadržavati greške u ovoj određenoj regiji spektra. Ako se na površinu kamere nanese film određene debljine, tada takva oprema neće imati zelene refleksije. Ako je pažljiv čitalac ikada primijetio takve detalje, onda bi ga trebalo zapanjiti prisustvo samo crvenih i ljubičastih odsjaja. Isti film se nanosi i na naočare.

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