|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Образование полос равной толщины |
 | |
Анимация
Описание
Интерференционные полосы равной толщины возникают в отраженном свете при отражении параллельного пучка монохроматического излучения от двух границ слоя переменной толщины. Следует отметить, что они возникают также и в прошедшем свете, но с гораздо более низким контрастом интерференционной картины. Рассмотрим причины образования этих полос на примере отражения от плоского стеклянного клина, см. рис. 1.
Иллюстрация к образованию полос равного наклона
Рис. 1
Пусть на клинообразную диэлектрическую непоглощающую пластину с показателем преломления n и толщиной L(x)=d+bx падает практически нормально (a0~b<<1, b - угол клина) плоская волна монохроматического света с длиной волны l. Волна отражается от обеих поверхностей с равным коэффициентом отражения, формируя две отраженные волны, распространяющиеся во внешнем пространстве почти параллельно друг другу. При этом разность их фаз (то есть дополнительный набег фазы d волны, отражающейся от внутренней поверхности пластины) зависит от локального значения толщины клина и равен:
(1)
В таком случае, в зависимости от координаты х, этот набег может в частности принимать значения d=2mp, причем волны складываются в фазе, давая интерференционый максимум, - а также d=(2m+1)p, порождая интерференционный минимум, равный нулю. То же расуждение справедливо и для прошедшей волны, с той лишь разницей, что в этом случае интерферирует мощная прошедшая волна и слабая двукратно отраженная от граней пластины - что приводит к низкому контрасту минимумов и максимумов.
Таким образом, в области пересечения отраженных пучков, в частности вблизи поверхности клина, образуется система эквидистантных прямых полос, пространственный период которых L определяется углом и показателем преломления клина, а также длиной волны излучения:
. (2)
Такого рода интерференционные полосы и называются полосами равной толщины, то есть равного угла падения излучения на пластину. Полосы эти эквидистантны в рассмотренном примере с клином, и имеют тем меньший пространственный размер, чем меньше длина волны излучения и чем больше угол клина.
Следует однако иметь в виду, что пример с эквидистантными полосами на клине - это лишь весьма частный случай полос равной толщины. Например знаменитые кольца Ньютона (эффект 501001) также являются частным случаем полос равной толщины. В общем случае достаточно произвольной формы отражающих поверхностей полосы равной толщины могут иметь любую форму, и быть как эквидистантными, так и нет.
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Полосы равной толщины имеют большое практическое приложение в интерферометрии различных поверхностных рельефов. В частности, простейшее их применение состоит в контроле плоскостности изготовляемых (полируемых) поверхностей оптических деталей. Для этого на обрабатываемое изделие, очищенное от полировочного порошка, накладывают эталонную плоскую стеклянную пластину (так называемые ПИ, пластины интерференционные). Как правило при таком наложении образуется воздушный зазор толщиной единицы микрон, имеющий естественную клиновидность. В отраженном естественном свете образуется система окрашенных полос равной толщины (наиболее отчетливо видна система зеленых полос с длиной волны порядка 0,5 мкм).
В случае если обрабарываемая деталь плоская, полосы прямые и эквидистантные, как описано выше. Если же поверхность имеет неровности, около них полосы искривляются. При этом, скажем, искривление со смещением на половину межполосного расстояния свидетельствует о неровности поверхности высотой в четверть длины волны (это как правило и есть “расхожая”, самая низкая степень точности для зеркал, то что профессионалы называют “пол-кольца”, имея в виду кольца Ньютона).
Реализации эффекта
Техническая реализация эффекта
Техническая реализация в строгом соответствии с содержательной частью (рис. 1). На клиновидную стеклянную пластину с малым углом клина (порядка 10-20 угловых минут, измеряется стандартным гониометром) и толщиной порядка 2 мм падает расширенный телескопом до диаметра 10 мм пучок гелий-неонового лазера. Поперечное распределение интенсивности отраженного пучка контролируется визуально на экране.
При близком к нормальному падении наблюдается картина прямых полос, перпендикулярных плоскости падения. Та же картина, хотя и с меньшим контрастом, наблюдается в прошедшем пучке.
Зная угол клина и показатель преломления стекла, можно сравнить период картины с выражением (2) и убедиться в его справедливости (длина волны гелий-неонового лазера l=0,6328 мкм).
Литература
1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика.- М.: Наука, 1985.
2. Ландсберг Г.С. Оптика.- М.: Наука, 1976.
3. Физика. Большой энциклопедический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 1999.- С.90, 460.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |