Použití interference, interference tenkého filmu

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Dnes budeme hovořit o využití interference ve vědě a každodenním životě, odhalíme fyzikální význam tohoto jevu a vyprávíme o historii jeho objevu.

Definice a distribuce

Než budete mluvit o významu jevu v přírodě a technologii, musíte nejprve uvést definici. Dnes uvažujeme o fenoménu, který školáci studují v hodinách fyziky. Než tedy popíšeme praktickou aplikaci rušení, přejděme k učebnici.

Pro začátek je třeba poznamenat, že tento jev se týká všech typů vln: těch, které vznikají na hladině vody nebo při výzkumu. Interference je tedy zvýšení nebo snížení amplitudy dvou nebo více koherentních vln, ke kterému dochází, pokud se setkají v jednom bodě prostoru. Maxima se v tomto případě nazývají antinody a minima se nazývají uzly. Tato definice zahrnuje některé vlastnosti oscilačních procesů, které odhalíme o něco později.

Obraz, který vznikne překrýváním vln na sebe (a může jich být hodně), závisí pouze na fázovém rozdílu, ve kterém oscilace docházejí do jednoho bodu v prostoru.

Světlo je také vlna

Vědci k tomuto závěru dospěli již v šestnáctém století. Základy optiky jako vědy položil světoznámý anglický vědec Isaac Newton. Byl to on, kdo jako první pochopil, že světlo se skládá z určitých prvků, jejichž množství určuje jeho barvu. Vědec objevil fenomén disperze a lomu. A jako první pozoroval interferenci světla na čočkách. Newton studoval takové vlastnosti paprsků, jako je úhel lomu v různých prostředích, dvojitý lom a polarizace. Je mu připisováno první použití vlnové interference ve prospěch lidstva. A byl to Newton, kdo si uvědomil, že kdyby světlo nebylo vibracemi, nevykazovalo by všechny tyto vlastnosti.

Světlé vlastnosti

Vlnové vlastnosti světla zahrnují:

1. Vlnová délka. Toto je vzdálenost mezi dvěma sousedními výškami jednoho švihu. Je to vlnová délka, která určuje barvu a energii viditelného záření.
2. Frekvence. Toto je počet úplných vln, které se mohou objevit za jednu sekundu. Hodnota je vyjádřena v Hertzech a je nepřímo úměrná vlnové délce.
3. Amplituda. Toto je "výška" nebo "hloubka" oscilace. Hodnota se přímo mění, když dvě oscilace interferují. Amplituda ukazuje, jak silně bylo elektromagnetické pole narušeno za účelem vytvoření této konkrétní vlny. Nastavuje také intenzitu pole.
4. Fáze vlny. Toto je část oscilace, které je dosaženo v daném čase. Pokud se dvě vlny během interference setkají ve stejném bodě, jejich fázový rozdíl bude vyjádřen v jednotkách π.
5. Koherentní elektromagnetické záření se nazývá sstejné vlastnosti. Koherence dvou vln znamená stálost jejich fázového rozdílu. Neexistují žádné přirozené zdroje takového záření, jsou vytvářeny pouze uměle.

První aplikace je vědecká

Sir Isaac tvrdě a tvrdě pracoval na vlastnostech světla. Přesně pozoroval, jak se paprsek paprsků chová, když narazí na hranol, válec, desku a čočku z různých refrakčních průhledných médií. Jednou Newton umístil konvexní skleněnou čočku na skleněnou desku se zakřiveným povrchem dolů a nasměroval proud paralelních paprsků na konstrukci. V důsledku toho se radiálně světlé a tmavé prstence rozcházejí ze středu čočky. Vědec okamžitě uhádl, že takový jev lze pozorovat pouze tehdy, pokud je ve světle nějaká periodická vlastnost, která paprsek někde zháší a někde naopak zesiluje. Protože vzdálenost mezi prstenci závisela na zakřivení čočky, Newton byl schopen přibližně vypočítat vlnovou délku oscilace. Anglický vědec tak poprvé našel konkrétní aplikaci pro fenomén interference.

Interference štěrbiny

Další studie vlastností světla vyžadovaly nastavení a provádění nových experimentů. Nejprve se vědci naučili, jak vytvořit koherentní paprsky z poměrně heterogenních zdrojů. K tomu byl proud z lampy, svíčky nebo slunce rozdělen pomocí optických zařízení na dva. Například když paprsek dopadá na skleněnou desku pod úhlem 45 stupňů, pak na její částse láme a přechází dále a část se odráží. Pokud jsou tyto proudy vytvořeny paralelně pomocí čoček a hranolů, fázový rozdíl v nich bude konstantní. A aby při experimentech světlo nevycházelo jako vějíř z bodového zdroje, paprsek byl vytvořen paralelně pomocí čočky na blízko.

Když se vědci naučili všechny tyto manipulace se světlem, začali studovat fenomén interference na různých otvorech, včetně úzké štěrbiny nebo řady štěrbin.

Interference a difrakce

Výše popsaný zážitek se stal možným díky další vlastnosti světla – difrakci. Při překonání překážky dostatečně malé na to, aby byla srovnatelná s vlnovou délkou, je oscilace schopna změnit směr svého šíření. Díky tomu po úzké štěrbině část paprsku změní směr šíření a interaguje s paprsky, které nezměnily úhel sklonu. Aplikace interference a difrakce proto nelze od sebe oddělit.

Modely a realita

Dosud jsme používali model ideálního světa, ve kterém jsou všechny paprsky světla vzájemně rovnoběžné a koherentní. Také v nejjednodušším popisu interference se předpokládá, že se vždy setkáváme se zářením se stejnými vlnovými délkami. Ale ve skutečnosti tomu tak není: světlo je nejčastěji bílé, skládá se ze všech elektromagnetických vibrací, které Slunce poskytuje. To znamená, že k interferenci dochází podle složitějších zákonů.

Tenké fólie

Nejviditelnější příklad tohoto druhuinterakce světla je dopad paprsku světla na tenký film. Když je v městské louži kapka benzínu, hladina se třpytí všemi barvami duhy. A to je přesně výsledek rušení.

Světlo dopadá na povrch filmu, láme se, dopadá na hranici benzínu a vody, odráží se a znovu se láme. V důsledku toho se vlna na výstupu setká sama se sebou. Tím jsou potlačeny všechny vlny, s výjimkou těch, u kterých je splněna jedna podmínka: tloušťka filmu je násobkem vlnové délky půl celého čísla. Na výstupu se pak oscilace setká se dvěma maximy. Pokud je tloušťka povlaku rovna celé vlnové délce, pak výstup překryje maximum s minimem a záření samo zhasne.

Z toho vyplývá, že čím silnější je film, tím větší musí být vlnová délka, která z něj vyjde beze ztrát. Ve skutečnosti tenký film pomáhá zvýraznit jednotlivé barvy z celého spektra a lze jej použít v technologii.

Fotografie a gadgety

Kupodivu některé aplikace rušení znají všichni módní nadšenci po celém světě.

Hlavním úkolem krásné modelky je vypadat dobře před kamerami. Ženy na focení připravuje celý tým: stylistka, vizážistka, módní a interiérová designérka, redaktorka časopisu. Otravní paparazzi mohou číhat na modelku na ulici, doma, v legračním oblečení a směšné póze, a pak fotky vystavit na veřejnosti. Dobrá výbava je ale nezbytná pro všechny fotografy. Některá zařízení mohou stát několik tisíc dolarů. MeziHlavní charakteristikou takového zařízení bude nutně osvícení optiky. A obrázky z takového zařízení budou velmi kvalitní. Hvězdný snímek bez přípravy tedy také nebude vypadat tak neatraktivní.

Brýle, mikroskopy, hvězdy

Základem tohoto jevu je interference v tenkých vrstvách. To je zajímavý a běžný jev. A nachází aplikace světelné interference v technice, kterou někteří lidé drží v rukou každý den.

Lidské oko nejlépe vnímá zelenou barvu. Fotografie krásných dívek by proto neměly obsahovat chyby v této konkrétní oblasti spektra. Pokud je na povrch kamery nanesen film o určité tloušťce, pak takové zařízení nebude mít zelené odlesky. Pokud si pozorný čtenář někdy takových detailů všiml, pak ho měla zarazit přítomnost pouze červených a fialových odlesků. Stejný film je aplikován na brýle.

Pokud ale nemluvíme o lidském oku, ale o zařízení bez vášně? Například mikroskop musí registrovat infračervené spektrum a dalekohled musí studovat ultrafialové složky hvězd. Poté se aplikuje antireflexní fólie jiné tloušťky.