Dispozitive de interferență

© Autor
1.Dispozitivul lui Young 

 Interferenta obtinuta cu dispozitivul lui Young este una nelocalizata,in care sursa de lumina este de dimensiuni mici,franjele nu se observa intr-un anumit punct ,ci sunt raspandite in tot spatiul.
 Dispozitivul cu doua deschideri al lui Young este cel mai vechi dispozitiv experimental pentru observarea interferentei luminii. Lumina emisa de sursa punctiforma S cade pe ecranul A, ce prezinta doua deschideri mici, circulare – fantele F1 si F2 – egal departate de S. Potrivit principiului lui Huygens, deschiderile F1 si F2 constituie doua surse de lumina secundare. Deoarece radiatiile emise de F1 si F2 provin de la aceeasi sursa, ele sunt radiatii coerente.
 Radiatiile se suprapun in zona hasurata din figura:

  Schema dispozitivului Young:
{{r}_{1}}^{2} = {D}^{2} + {\left(x + l \right)}^{2}(1)
{{r}_{2}}^{2} = {D}^{2} + {\left(x + l \right)}^{2}(2)
{{r}_{2}}^{2} - {{r}_{1}}^{2} = 4xl(3)
\left( {r}_{2} - {r}_{1}\right)\left( {r}_{2} + {r}_{1}\right)= 4xl(4)

 Deoarece distantele x si l sunt de ordinul fractiunilor de milimetru, iar distanta D, de ordinul mai multor sute de milimetri, se poate considera ca r1 + r2 = 2D.

\left( {r}_{2} - {r}_{1} \right) = \frac{2xl}{D}(5)
\delta = r_1 - r_2 (6), diferenta de drum dintre cele doua unde
x = \frac{\delta D}{2l}
 Daca in P se obtine maxim de interferenta, x_k = \frac{k \lambda D}{2l}
 Daca se obtine minim, x_k = \frac{(2k+1) \lambda D}_{4l}

 Deci in vecinatatea punctului O apar benzi luminoase ce alterneaza cu benzi intunecoase, echidistante, paralele intre ele, numite franje de interferenta.
Interfranja este distanta dintre doua maxime, respectiv doua minime consecutive.

In cazul nostru, i = x_{k-1} - x_k = \frac{\left(2k+1 \right) \lambda D}{4l} - \frac{2k \lambda D}{4l} = \frac{\lambda D}{2l}

 Daca fasciculul de lumina incidenta este de lumina alba fenomenul este mai complicat. In punctul central O, diferenta de drum este egala cu O pentru toate lungimile de unda, in O se produce o franja luminoasa de lumina alba. Primele franje dupa franja centrala au marginea dintre franja centrala colorata in violet, iar cealalta margine, colorata in rosu. La un ordin de interferenta mai mare de zece, in acelasi loc se suprapun maxime pentru mai multe lungimi de unda si franjele apar estompate, iar la diferente de drum δ > 3*10-6 m, da ochiului impresia de alb si se numeste alb de ordin superior.


2.Lama cu fete plan-paralele

 Lama cu fete plan-paralele este un paralelipiped semitransparent cu fetele opuse perfect paralele cu ajutorul caruia se obtin franje de interferenta,de egala inclinare,in reflexive sau in transmisie.
 Franjele de interferenta sunt simetrice fata de normala la suprafata lamei ,ce trece prin punctual in care se afla sursa, au forma unor inele concentrice ,alternative luminoase si intunecate si se numesc “inelel lui Haindinger ”.Franjele se pot vizualiza pe un ecran dispus in planul focal al lentilei convergente .Daca observatia se face in lumina alba,in locul inelelor intunecate si luminoase,ce alterneaza intre ele ,se obtin inele ce contin culorile spectrului. Daca lama este groasa,nu obtinem franje de interferenta.
Franjele de interferenta obtinute cu lama cu fete plan-paralele se numesc franje de egala inclinare deoarece acestea depind de diferenta de drum,care,la randul ei depinde de unghiul de incidenta.

3.Pana optica

 Pana optica este o pelicula de grosime variabila, delimitata de cele doua fete plane care fac un unghi α foarte mic(mai mic de 5°)>prelungirile razelor coerente care provind din aceeasi raza incidenta si s-au reflectat pe cele doua fete ale lamei formeaza franje de interferenta virtuale,localizate intr-un plan virtual ,perpendicular pe planul de incidenta.


4.Oglinda Lloyd

In dispozitivul interferential numit Oglina Lloyd,interferenta se obtine din undele care provin de la sursa(care poate fi o dioda laser sau o fanta luminoasa) si imaginea acesteia in oglinda plana.Raza directa si raza reflectata parcurg durmuri diferite ,deci ajung in puctul P de pe ecran cu un defazaj ∆φ.Schema dispozitivului este asemanatoare cu cea a dispozitivului Young.Franje frumoase sunt usor de obtinut cu fasciculul unei diode laser tinute in apropierea unei oglinzi plane.

5.Inelele lui Newton

 In figura de mai jos se considera doua lame de sticla ce fac un unghi intre ele realizand o pana de aer. Pentru fiecare grosime a lamei corespunzatoare se obtine o franja de interferenta. Franjele sun localizate pe fetele penei sau in spatiu cu ajutorul unei lentile convergente L.


 Astfel de franje se intalnesc des in practica. Un caz particular de franje de interferenta de egala grosime il constituie inelele lui Newton. Aceasta se realizeaza ca o pana de aer delimitata de o placa cu fetele plan-paralele si o lentila plan convexa asezata pe ea.



 In cazul unei unde incidente normale si in aer, cos r = 1 si n = 1 ramane
δ= 2 h+λ/2(8) care pentru maxim va fi 2 h +λ/2 = 2 kλ/2 (9)
de unde: 2 h = 2 kλ/2 –λ/2 = ( k -1/2 )λ (9’)
Pe de alta parte, din figura precedenta rezulta : rk² = R2 ( R - h )h , unde neglijand pe h in comparatie cu R, h Tinand seama de relatia (9) rezulta rk² = ( k -1/2 )λ R (11) , sau R = rk² / ( k – 1/2 ) λ (12), unde:

R este raza sferei din care face parte lentila;
k este ordinul maximului de interferenta; 
rk este raza inelului de ordin k;
λ este lungimea de unda a radiatiei cu care se lucreaza.



 Pentru a obtine raza inelelor minime se pune conditia de minim diferentei de drum optic de unde rezulta rk² = k Rλ (13) , sau R = rk² / k λ (14) 
 Inelele se obtin in jurul punctului de contact dintre lentila si lama.

Aplicatii ale fenomenului de interferenta 

 Cu ajutorul fenomenului de interferenta se poate determina lungimea de unda a radiatiilor luminoase. Aceasta se realizeaza cu dispozitive optice in care apare o diferenta de drum intre undele luminoase, asa cum spre exemplu se intampla in cazul experientei lui Young, a oglinzilor Frasnel, dispozitivul ce realizeaza inilele lui Newton. 
 Se determina indicii de refractie, grosimi ale straturilor subtiri cu ajutorul interferentei fasciculelor multiple. 
 Pe baza interferentei in lame subtiri se poate verifica planeitatea unor suprafete, in special in atelierele de optica fina. 
 Franjele de egala grosime obtinute cu inele lui Newton au aplicatii la masurarea micilor deplasari sau deformari ale suprafetelor.


 Pentru determinari se utilizeaza un microscop pe masuta caruia se afla fixat dispozitivul pentru obtinere inelelor lui Newton, care poate fi deplasat in pozitia dorita cu ajutorul a doua cremaliere. In fata obiectivului este asezata o lamela din sticla P sub un unghi de 45° fata de axa microscopului. Lumina de la o sursa monocromatica cade pe acesta lamela, care o reflecta pe dispozitiv. In campul vizual al microscopului se afla o scarita gradata care serveste la masurarea razeler inelelor.
Categorie: 0 comentarii

0 comentarii:

Trimiteți un comentariu

Abonați-vă la: Postare comentarii (Atom)
Implementat de Ionuț Petre