Zjawisko interferencji fal

Podobne dokumenty
Zjawisko interferencji fal

Zjawisko interferencji fal

falowego widoczne w zmianach amplitudy i natęŝenia fal) w którym zachodzi

Fizyka elektryczność i magnetyzm


WSTĘP DO OPTYKI FOURIEROWSKIEJ

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

Wykład 16: Optyka falowa

Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

OPTYKA FALOWA. W zjawiskach takich jak interferencja, dyfrakcja i polaryzacja światło wykazuje naturę

Interferencja. Dyfrakcja.

Problemy optyki falowej. Teoretyczne podstawy zjawisk dyfrakcji, interferencji i polaryzacji światła.

Wykład 16: Optyka falowa

Prawa optyki geometrycznej

Dyfrakcja. interferencja światła. dr inż. Romuald Kędzierski

Wykład FIZYKA II. 8. Optyka falowa

BADANIE INTERFERENCJI MIKROFAL PRZY UŻYCIU INTERFEROMETRU MICHELSONA

WŁASNOŚCI FAL ELEKTROMAGNETYCZNYCH: INTERFERENCJA, DYFRAKCJA, POLARYZACJA

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Interferometria laserowa

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Rodzaje fal. 1. Fale mechaniczne. 2. Fale elektromagnetyczne. 3. Fale materii. dyfrakcja elektronów

Podstawy fizyki sezon 1 VII. Ruch drgający

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

Ćwiczenie 12 (44) Wyznaczanie długości fali świetlnej przy pomocy siatki dyfrakcyjnej

Wykład 17: Optyka falowa cz.2.

Rys. 1 Interferencja dwóch fal sferycznych w punkcie P.

Optyka falowa. dr inż. Ireneusz Owczarek CMF PŁ 2012/13

= sin. = 2Rsin. R = E m. = sin

Podstawy fizyki wykład 8

Badanie zjawisk optycznych przy użyciu zestawu Laser Kit

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Światło jako fala Fala elektromagnetyczna widmo promieniowania Czułość oka ludzkiego w zakresie widzialnym

Wykład III. Interferencja fal świetlnych i zasada Huygensa-Fresnela

DYFRAKCJA NA POJEDYNCZEJ I PODWÓJNEJ SZCZELINIE

Fala jest zaburzeniem, rozchodzącym się w ośrodku, przy czym żadna część ośrodka nie wykonuje zbyt dużego ruchu

18 K A T E D R A F I ZYKI STOSOWAN E J

Krzysztof Łapsa Wyznaczenie prędkości fal ultradźwiękowych metodami interferencyjnymi

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 5. Modulator PLZT

Ćwiczenie 4. Doświadczenie interferencyjne Younga. Rys. 1

2.6.3 Interferencja fal.

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

Przedmiot: Fizyka. Światło jako fala. 2016/17, sem. letni 1

Ψ(x, t) punkt zamocowania liny zmienna t, rozkład zaburzeń w czasie. x (lub t)

Fizyka 11. Janusz Andrzejewski

Interferencyjny pomiar krzywizny soczewki przy pomocy pierścieni Newtona

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 12, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

Wykład I Krzysztof Golec-Biernat Optyka 1 / 16

Aby nie uszkodzić głowicy dźwiękowej, nie wolno stosować amplitudy większej niż 2000 mv.

przenikalność atmosfery ziemskiej typ promieniowania długość fali [m] ciało o skali zbliżonej do długości fal częstotliwość [Hz]

Wydział EAIiE Kierunek: Elektrotechnika. Wykład 12: Fale. Przedmiot: Fizyka. RUCH FALOWY -cd. Wykład /2009, zima 1

Rozważania rozpoczniemy od fal elektromagnetycznych w próżni. Dla próżni równania Maxwella w tzw. postaci różniczkowej są następujące:

interferencja, dyspersja, dyfrakcja, okna transmisyjne Interferencja

Dyfrakcja. Dyfrakcja to uginanie światła (albo innych fal) przez drobne obiekty (rozmiar porównywalny z długością fali) do obszaru cienia

9. Optyka Interferencja w cienkich warstwach. λ λ

Wykład 9: Fale cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Fala elektromagnetyczna o określonej częstotliwości ma inną długość fali w ośrodku niż w próżni. Jako przykłady policzmy:

Podstawy fizyki sezon 2 8. Fale elektromagnetyczne

Wykład 27 Dyfrakcja Fresnela i Fraunhofera

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 12, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

WŁASNOŚCI FAL (c.d.)

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 11, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 11, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

Wykład 22. WERSJA ROBOCZA Interferencja światła.

Drgania i fale II rok Fizyk BC

Wykład 9: Fale cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Ć W I C Z E N I E N R O-7

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

Natura światła. W XVII wieku ścierały się dwa, poglądy na temat natury światła. Isaac Newton

Optyka. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat. Fale elektromagnetyczne. Uniwersytet Rzeszowski, 8 listopada 2017

BADANIE INTERFEROMETRU YOUNGA

LABORATORIUM OPTYKI GEOMETRYCZNEJ

Promieniowanie dipolowe

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 3. Pomiar drgao przy pomocy interferometru Michelsona

28 Optyka geometryczna i falowa

Oscylator wprowadza lokalne odkształcenie s ośrodka propagujące się zgodnie z równaniem. S 0 amplituda odkształcenia. f [Hz] - częstotliwość.

Interferencja jest to zjawisko nakładania się fal prowadzące do zwiększania lub zmniejszania amplitudy fali wypadkowej. Interferencja zachodzi dla

Pomiar długości fali świetlnej i stałej siatki dyfrakcyjnej.

Widmo fal elektromagnetycznych

OPTYKA FALOWA I (FTP2009L) Ćwiczenie 2. Dyfrakcja światła na szczelinach.

Ruch falowy. Fala zaburzenie wywoane w jednym punkcie ośrodka, które rozchodzi się w każdym dopuszczalnym kierunku.

Ponadto, jeśli fala charakteryzuje się sferycznym czołem falowym, powyższy wzór można zapisać w następujący sposób:

ZJAWISKO INTERFERENCJI ŚWIATŁA PIERŚCIENIE NEWTONA, INTERFEROMETR MICHELSONA. 1. Podstawy fizyczne. λ λ. Politechnika Warszawska.

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

Podstawy fizyki wykład 7

Ćwiczenie 363. Polaryzacja światła sprawdzanie prawa Malusa. Początkowa wartość kąta 0..

Wyznaczanie zależności współczynnika załamania światła od długości fali światła

Oscylator wprowadza lokalne odkształcenie s ośrodka propagujące się zgodnie z równaniem. S 0 amplituda odkształcenia. f [Hz] -częstotliwość.

Fizyka 12. Janusz Andrzejewski

Ruch falowy. Parametry: Długość Częstotliwość Prędkość. Częstotliwość i częstość kołowa MICHAŁ MARZANTOWICZ

Ćwiczenie: "Zagadnienia optyki"

BADANIE I ACHROMATYZACJA PRĄŻKÓW INTERFERENCYJNYCH TWORZONYCH ZA POMOCĄ ZWIERCIADŁA LLOYDA

Falowa natura światła

Fizyka. dr Bohdan Bieg p. 36A. wykład ćwiczenia laboratoryjne ćwiczenia rachunkowe

Na ostatnim wykładzie

Wykład XIV. wiatła. Younga. Younga. Doświadczenie. Younga

Wykład 22. Interferencja światła.

Równania Maxwella. roth t

GŁÓWNE CECHY ŚWIATŁA LASEROWEGO

Prowadzący: Kamil Fedus pokój nr 569 lub 2.20 COK konsultacje: środy

Transkrypt:

Zjawisko interferencji fal Interferencja to efekt nakładania się fal (wzmacnianie i osłabianie się ruchu falowego widoczne w zmianach amplitudy i natężenia fal) w którym zachodzi stabilne w czasie ich wzmocnienie w jednych punktach przestrzeni oraz osłabienie w innych. W pełni interferować mogą tylko fale spójne Fala 1 Fala 2 Fala wypadkowa to fale,których różnica faz nie zależy od czasu Jeśli nałożą się fale o nieco różnych częstościach wówczas fala wypadkowa zmienia się w skomplikowany sposób. Dochodzi do lokalnych wzmocnień i osłabień amplitudy fali wypadkowej. 1

Zjawisko interferencji fal szczególny przypadek - wzmocnienie Aby efekt interferencji był stały w czasie w danym punkcie przestrzeni muszą nałożyć się fale spójne o takich samych częstościach. 1 ݎ ωt ) ݏ E 1 = E 01 2 ݎ ωt ) ݏ E 2 = E 02 Warunek maks. wzmocnienia: różnica dróg optycznych fal: kδr = ±2mπ Δr = ±mλ k = 2π λ będzie wielokrotnością długości fali (m=0, 1, 2, 3...) 2

Zjawisko interferencji fal szczególny przypadek - wygaszenie 1 ݎ ωt ) ݏ E 1 = E 01 2 ݎ ωt ) ݏ E 2 = E 02 Warunek maks. wygaszenia: różnica dróg optycznych fal: r߂ = ±(2 1)π Δr = ±(2 1) λ 2 k = 2π λ będzie nieparzystą wielokrotnością połowy długości fali (m=0, 1, 2, 3...) 3

Zjawisko interferencji fal - nałożenie dwóch fal płaskich Załóżmy, że dwie płaskie, harmoniczne fale elektromagnetyczne 1 i 2 (posiadające identyczna częstotliwość i ten sam kierunek polaryzacji liniowej) rozchodzą się w kierunku dodatniego zwrotu osi x. Fale te są opisywane przez wartości natężeń ich pól elektrycznych. Propagacja fal 1 i 2 może być opisana przez wyrażenia E 1 = E 01 sin(ωt E (ݔ 2 = E 02sin(ωt ݔ φ Nałożenie dwóch fal można przedstawić jako: E = E 1 + E 2 = E 01 sin(ωt ݔ +E 02sin(ωt ݔ φ przesunięcie fazowe (różnica faz) Detektory fal elektromagnetycznych (w tym nasze oczy) reagują na natężenie fali I tj.średnią ilość energii padającej na jednostkowa powierzchnie w jednostce czasu. Energia przenoszona przez fale jest proporcjonalna do kwadratu natężenia pola elektrycznego. Dla rozpatrywanego nas przypadku energia będzie wiec proporcjonalna do: E 2 = E 2 01 sin 2 (ωt ݔ +E 2 02 sin 2 (ωt ݔ φ)+ +2E 01 E 02sin(ωt sin(ωt (ݔ ݔ φ) 4

Zjawisko interferencji fal - nałożenie dwóch fal płaskich Zgodnie ze znanym wzorem trygonometrycznym możemy napisać: α + β β α cosα cosβ = 2sin sin 2 2 a ostatni człon wyrażenia na E 2 możemy przekształcić do postaci następującej: 2E 01 E 02 sin(ωt sin(ωt (ݔ ݔ φ = E 01 E 02 cos(φ) cos[2(ωt φ (ݔ α + β 2 Biorąc pod uwagę ostatni wynik: β α 2 α β E 2 = E 2 01 sin 2 (ωt ݔ +E 2 02 sin 2 (ωt ݔ φ)+ +E 01 E 02 cosφ cos[2(ωt φ (ݔ 5

Zjawisko interferencji fal - nałożenie dwóch fal płaskich Detektor rejestruje nie chwilową wartość natężenia fali, ale średnią w czasie wartość strumienia energii. Dla rozpatrywanego tu rodzaju fal, można te średnią policzyć według wzoru: Licząc wartości średnie T ݐ E2 E 2 = 1 T E 2 = E 2 01 2 + E 2 02 2 + E 01 E 02 cosφ 0 Natężenie fali wypadkowej I = I 01 + I 02 + 2 I 01 I 02 cosφ gdy cos = -1 (osłabienie) I = I 01 + I 02 2 I 01 I 02 gdy cos = 1 (wzmocnienie) I = I 01 + I 02 + 2 I 01 I 02 I = 2I 0 + 2I 0 cosφ = 2I 0 (1 + cosφ) Gdy dwie fale mają takie same amplitudy to I = 4I 0 cos 2 φ 2 1 + cosφ = 1 + 2cos 2 φ 2 1 6

Interferencja światła graficzne sumowanie fal Zamiany wektora E (dla fali sinusoidalnej) mogą być pokazane graficznie jako wirujący wektor E 01 z częstością kołową przeciwnie do wskazówek zegara Wartość chwilową E 1 dla pierwszej fali sinusoidalnej w danym punkcie pokazuje rzut wektora E 01 na oś y E 1 = E 01 sin ωt Druga fala wiruje podobnie, tylko jest przesunięta w fazie o kąt E 2 = E 02 sin (ωt + φ) 7

Interferencja światła Wpadkowy wektor E R jest sumą wektorów natężeń składowych (dodawanie to można wykonać jak na rysunku obok) Wpadkowy wektor E R wiruje także z częstością Rzut wektora E R (czyli E P ) na oś Y jest sumą jest sumą rzutów wektorów natężeń składowych E 1 i E 2 Z rysunku wynika, że: φ EP ERsin ωt 2 φ φ 2 Eo cos sin ωt 2 2 I = 4I 0 cos 2 φ 2 8

Interferencja światła Jeśli nakłada się wiele fal to wypadkowy wektor E R jest także sumą wektorów natężeń składowych E R obraca się z częstością 9

Interferencja światła 10

Interferencja światła 11

Interferencja światła Interferencja światła przechodzącego przez dwie małe szczeliny. Zgodnie z zasadą Huygensa szczeliny są można uważać za źródła nowych fal kulistych. Taki efekt jest obserwowany gdy padające światło jest spójne (koherentne) i monochromatyczne (takie światło daje laser) 12

Interferencja światła doświadczenie Younga Wzmocnienie: Maxima dsinθ = mλm=0,1,2,3... tanθ = y m D luby m = Dtanθ Dsinθ y m = mλd d 14

Interferencja światła doświadczenie Younga Wygaszenie: dsinθ =(m + 1 2 )λm=0,1,2,3... y m = (m + 1 2)λD d Minima 15

Interferencja światła doświadczenie Younga Interferencja światła przechodzącego przez dwie małe szczeliny obserwowana intensywność światła I = 4I 0 cos 2 1 2 f f = 2pd λ sinq 16

Interferencja światła na cienkich warstwach pierścienie Newtona jeśli n 2 >n 1 przy odbiciu faza fali odbitej zmienia się o jeśli n 2 <n 1 przy odbiciu faza fali odbitej nie zmienia się 17

Interferencja światła pierścienie Newtona Różnica dróg optycznych: Δs n r m 2 R + λ 0 2 W powietrzu: Zatem: λ 0 λ 0 n ݕ r λ Rλ ݕ ݏ r 2m 1) 2 W środku znajduje się prążek ciemny powstały w wyniku zmiany fazy fali o podczas jej odbicia od dolnej powierzchni warstwy powietrznej 18

Interferencja światła na cienkich Układy optyczne składają się z układu soczewek Soczewka bez modyfikacji odbija kilka procent % promieniowania w zakresie widzialnym, powłoka redukuje odbicie do 1%. Efekty odbić wewnątrz układu optycznego pogarszają jakość obrazu Żeby zminimalizować odbicie światła,soczewki są pokrywane cienką warstwą powłoki, tak aby zredukować odbicie przez interferencję (teoretycznie dla jednej długości fali) Materiał powinien mieć współczynnik n Powłoka redukuje-osłabia odbite światło w dość wąskim zakresie długości fal ok.. 550 nm dlatego patrząc na tą soczewkę cześć widma z zakresu czerwonego i niebieskiego nie jest osłabiana widać czerwonawą barwę odbitego światła 19

Interferometr Michelsona 20