Dyfrakcja i interferencja światła

Dyfrakcja i interferencja światła
Zjawisko dyfrakcji (ugięcia) odkrył Grimaldi (XVII w). Polega ono na uginaniu się promieni
świetlnych przechodzących w pobliżu przeszkody (np. brzeg szczeliny). Dyfrakcji ulega światło tylko
na takich przeszkodach (szczelinach), których rozmiary są porównywalne z długością fali świetlnej.
Gdy d >> λ – dyfrakcja nie występuje,
Jasne prążki (maksima) powstają w miejscach, dla których spełniony jest warunek: Δr = nλ lub w
innej postaci:
d·sinα = nλ (n = 0, 1, 2... – rząd widma) gdzie: d – stała siatki (odległość między dwoma sąsiednimi
szczelinami).
Ciemne prążki (minima) powstają w miejscach, dla których spełniony jest warunek:
(n = 0, 1, 2...)
Jeżeli na siatkę pada światło białe, to jasnymi prążkami stają się pełne widma światła białego (wąskie
tęcze). Źródło:http://magbar.scholaris.pl/optyka3.html
Interferencja jest to zjawisko nakładania się fal prowadzące do zwiększania lub zmniejszania amplitudy
fali wypadkowej. Interferencja zachodzi dla wszystkich rodzajów fal, we wszystkich ośrodkach, w
których mogą rozchodzić się dane fale.
Siatka dyfrakcyjna to układ równoległych i równo oddalonych od siebie szczelin (lub otworów),
przepuszczających światło. Jeżeli na siatkę pada monochromatyczna fala świetlna, to na ekranie, po
drugiej stronie siatki, otrzymujemy obraz dyfrakcyjny w postaci jasnych i ciemnych prążków.
1
Jeżeli światło o długości fali λ pada prostopadle na siatkę dyfrakcyjną o stałej d to pod określonymi
kątami obserwować będziemy prążki interferencyjne. Kąty α pod którymi można obserwować
wzmocnienia spełniają zależność:
gdzie k jest liczbą całkowitą nazywaną rzędem wzmocnienia. Dodatnie wartości k odpowiadają
prążkom widocznym po prawej a ujemne po lewej stronie od prążka zerowego, który ma barwę światła
białego. Kąt α musi spełniać zależność
czyli
Oznacza to, że istnieje maksymalne k max, które musi spełniać zależność:
Nie jest możliwe uzyskanie na ekranie nieskończonej ilości prążków.
Obliczmy ile prążków zobaczymy na ekranie jeśli stała siatki 2*10 -3 a długość fali światła, którym
oświetliliśmy siatkę wynosi 400 nm → k max <5. Zatem zaobserwujemy 5 prążków z prawej, 5 z lewej
strony i jeden zerowy w środku> razem 11 prążków.
2
Jeżeli na układ dwóch szczelin pada równoległa wiązka światła, to na szczelinach występuje dyfrakcja,
co prowadzi do nakładania się wiązek (interferencji) i w konsekwencji na ekranie obserwuje się układ
ciemnych i jasnych prążków, czyli minimów i maksimów interferencyjnych.
Doświadczenie Younga
Od punktów A i C oba promienie mają do pokonania taką samą drogę. Zatem różnica dróg dla obu
promieni jest równa BC = Δ. Z prostokątnego trójkąta ABC można wyznaczyć Δ
Wzmocnienie nastąpi, gdy Δ będzie równa całkowitej wielokrotności długości fali λ
Wzór ten oznacza, że promienie biegnące pod kątem
rzędem widma.
utworzą na ekranie jasny prążek. Liczba k jest
3
Mapa trójwymiarowa powierzchni wygenerowana za pomocą profilometru optycznego TAlysurf cci
taylor-hobson metoda interferencji w świetle białym (broadband itereference)
polimer 400 nm
fotorezystor na krzemie 20 nm
4