Zjawisko interferencji fal

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

Zjawisko interferencji fal

Zjawisko interferencji fal

Interferencja. Dyfrakcja.

Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

Fizyka elektryczność i magnetyzm

Wykład 16: Optyka falowa

Wykład 16: Optyka falowa

WSTĘP DO OPTYKI FOURIEROWSKIEJ

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

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

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


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

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Interferometria laserowa

POMIAR DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ I SPEKTROMETRU

Prawa optyki geometrycznej

Dyfrakcja. interferencja światła. dr inż. Romuald Kędzierski

Fizyka 11. Janusz Andrzejewski

Pomiar długości fali świetlnej i stałej siatki dyfrakcyjnej.

Wykład FIZYKA II. 8. Optyka falowa

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

Podstawy fizyki sezon 1 VII. Ruch drgający

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

Wykład 17: Optyka falowa cz.2.

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

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

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

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

Rys. 1 Interferencja dwóch fal sferycznych w punkcie P.

BADANIE INTERFERENCJI MIKROFAL PRZY UŻYCIU INTERFEROMETRU MICHELSONA

WŁASNOŚCI FAL ELEKTROMAGNETYCZNYCH: INTERFERENCJA, DYFRAKCJA, POLARYZACJA

WŁASNOŚCI FAL (c.d.)

Podstawy fizyki wykład 8

Wykład I Krzysztof Golec-Biernat Optyka 1 / 16

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

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

Ćwiczenie 4. Doświadczenie interferencyjne Younga. Rys. 1

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

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

Krzysztof Łapsa Wyznaczenie prędkości fal ultradźwiękowych metodami interferencyjnymi

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

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

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

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

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

Drgania i fale II rok Fizyk BC

Podstawy fizyki sezon 2 8. Fale elektromagnetyczne

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

Badanie zjawisk optycznych przy użyciu zestawu Laser Kit

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

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

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

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

2.6.3 Interferencja fal.

Interferencyjny pomiar krzywizny soczewki przy pomocy pierścieni Newtona

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

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

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)

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

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

Promieniowanie dipolowe

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

interferencja, dyspersja, dyfrakcja, okna transmisyjne Interferencja

Wykład 27 Dyfrakcja Fresnela i Fraunhofera

Rejestracja i rekonstrukcja fal optycznych. Hologram zawiera pełny zapis informacji o fali optycznej jej amplitudzie i fazie.

Podstawy fizyki sezon 1 VIII. Ruch falowy

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 5. Modulator PLZT

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

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

Wykład III. Interferencja fal świetlnych i zasada Huygensa-Fresnela

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

Ć W I C Z E N I E N R O-7

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

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

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

DYFRAKCJA NA POJEDYNCZEJ I PODWÓJNEJ SZCZELINIE

Wykład 22. WERSJA ROBOCZA Interferencja światła.

Fizyka 12. Janusz Andrzejewski

LABORATORIUM OPTYKI GEOMETRYCZNEJ

DYFRAKCJA ŚWIATŁA NA POJEDYNCZEJ I PODWÓJNEJ SZCZELINIE

BADANIE I ACHROMATYZACJA PRĄŻKÓW INTERFERENCYJNYCH TWORZONYCH ZA POMOCĄ ZWIERCIADŁA LLOYDA

9. Optyka Interferencja w cienkich warstwach. λ λ

Falowa natura światła

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

BADANIE INTERFEROMETRU YOUNGA

28 Optyka geometryczna i falowa

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

Drgania. W Y K Ł A D X Ruch harmoniczny prosty. k m

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

Fotonika. Plan: Wykład 9: Interferencja w układach warstwowych

Reflekcyjno-absorpcyjna spektroskopia w podczerwieni RAIRS (IRRAS) Reflection-Absorption InfraRed Spectroscopy

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

GŁÓWNE CECHY ŚWIATŁA LASEROWEGO

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

Elektrodynamika Część 8 Fale elektromagnetyczne Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Widmo fal elektromagnetycznych

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

Transkrypt:

Zjawisko interferencji fal Interferencja to efekt nakładania się fal (wzmacnianie i osłabianie się ruchu falowego widoczne w zmianach amplitudy i natęŝenia 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 Fala wypadkowa to fale,których róŝnica faz nie zaleŝy od czasu Jeśli nałoŝą się fale o nieco róŝnych 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 nałoŝyć się fale spójne o takich samych częstościach. 1 01sin(ω t kr1) sin(ω kr + 0 t φ) róŝnica dróg optycznych fal: φ r ± mλ+ λ π będzie wielokrotnością długości fali (m0,±1, ±, ± 3...) Warunek maks. wzmocnienia: k k r φ± mπ π λ

Zjawisko interferencji fal szczególny przypadek - wygaszenie 1 01sin(ω t kr1) sin(ω kr + 0 t φ) róŝnica dróg optycznych fal: λ r ± (m 1) + φ λ π Warunek maks. wygaszenia: k r k φ± (m 1)π π λ będzie nieparzystą wielokrotnością połowy długości fali (m0,±1, ±, ± 3...) 3

Zjawisko interferencji fal - nałoŝenie dwóch fal płaskich ZałóŜmy, Ŝe dwie płaskie, harmoniczne fale elektromagnetyczne 1 i (posiadające identyczna częstotliwość ω i ten sam kierunek polaryzacji liniowej) rozchodzą się w kierunku dodatniego zwrotu osi x. Fale te są opisywane przez wartości natęŝeń ich pól elektrycznych. Propagacja fal 1 i moŝe być opisana przez wyraŝenia 01 sin( ωt kx) 0 sin( ωt kx 1 φ ) NałoŜenie dwóch fal moŝna przedstawić jako: 1+ 01 sin( ωt kx) + 0 sin( ωt kx φ) przesunięcie fazowe (róŝnica faz) Detektory fal elektromagnetycznych (w tym nasze oczy) reagują na natęŝenie fali I tj.średnią ilość energii padającej na jednostkowa powierzchnie w jednostce czasu. nergia przenoszona przez fale jest proporcjonalna do kwadratu natęŝenia pola elektrycznego. Dla rozpatrywanego nas przypadku energia będzie wiec proporcjonalna do: 01 sin + ( ωt kx) + 01 0 0 sin ( ωt kx φ) + sin( ωt kx) sin( ωt kx φ) 4

Zjawisko interferencji fal - nałoŝenie dwóch fal płaskich Zgodnie ze znanym wzorem trygonometrycznym moŝemy napisać: cosα cosβ α+ β β α sin sin a ostatni człon wyraŝenia na moŝemy przekształcić do postaci następującej: 0 sin( ωt kx) sin( ωt kx φ) 010 { cos( φ) cos[( ωt kx) ]} 01 φ α+β Biorąc pod uwagę ostatni wynik: β α α β 01 sin + 01 ( ωt kx) + 0 0 sin ( ωt kx φ) + { cosφ cos[( ωt kx) φ] } 5

Zjawisko interferencji fal - nałoŝenie dwóch fal płaskich Detektor rejestruje nie chwilową wartość natęŝenia fali, ale średnią w czasie wartość strumienia energii. Dla rozpatrywanego tu rodzaju fal, moŝna te średnią policzyć według wzoru: Licząc wartości średnie 01 0 + + 01 1 0 T T 0 cosφ dt NatęŜenie fali wypadkowej I I + 01+ I0 I01I0 cosφ gdy cosφ -1 (osłabienie) I I 01+ I0 I01I0 I I01+ I + I I gdy cosφ 1 (wzmocnienie) 0 01 0 Gdy dwie fale mają takie same amplitudy to I I + I0 cosφ I0 (1+ cos φ I 4I0 cos (1+ cosφ) 0 φ ) (1+ cos φ 1) 6

Interferencja światła graficzne sumowanie fal Zamiany wektora (dla fali sinusoidalnej) mogą być pokazane graficznie jako wirujący wektor 01 z częstością kołową ω przeciwnie do wskazówek zegara Wartość chwilową 1 dla pierwszej fali sinusoidalnej w danym punkcie pokazuje rzut wektora 01 na oś y 1 01 sinωt Druga fala wiruje podobnie, tylko jest przesunięta w fazie o kąt φ 0 sin (ωt + φ) 7

Interferencja światła Wpadkowy wektor R jest sumą wektorów natęŝeń składowych (dodawanie to moŝna wykonać jak na rysunku obok) Wpadkowy wektor R wiruje takŝe z częstością ω Rzut wektora R (czyli P ) na oś Y jest sumą jest sumą rzutów wektorów natęŝeń składowych 1 i Z rysunku wynika, Ŝe: P Rsin ωt+ φ φ φ o cos sin ωt+ 8

Interferencja światła Jeśli nakłada się wiele fal to wypadkowy wektor R jest takŝe sumą wektorów natęŝeń składowych R obraca się z częstością ω 9

Interferencja światła 10

Interferencja światła 11

Interferencja światła Interferencja światła przechodzącego przez dwie małe szczeliny. Zgodnie z zasadą Huygensa szczeliny są moŝna uwaŝać za źródła nowych fal kulistych. Taki efekt jest obserwowany gdy padające światło jest spójne (koherentne) i monochromatyczne (takie światło daje laser) 1

Interferencja światła doświadczenie Younga θ y m m1 m0 m1 m Jeśli chcemy uŝyć światła emitowanego z np. lampy sodowej to efekt spójności uzyskamy przepuszczając światło przez układ szczelin. D 13

Interferencja światła doświadczenie Younga Wzmocnienie: Maxima d sinθ mλ m 0,1,,3... m y m +/- tanθ ym D y m mλd d lub y m D tanθ Dsinθ 0 1 3 0 Dλ/d Dλ/d 3Dλ/d 14

Interferencja światła doświadczenie Younga Wygaszenie: d sinθ ( m+ 1 ) λ y m (m+1/)λd d m 0,1,,3... Minima m y m +/- 0 Dλ/d 1 3Dλ/d 5Dλ/d 3 7Dλ/d 15

Interferencja światła doświadczenie Younga Interferencja światła przechodzącego przez dwie małe szczeliny obserwowana intensywność światła I4I 0 cos 1 φ φ πd λ sinθ 16

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

Interferencja światła pierścienie Newtona RóŜnica dróg optycznych: rm s n + R λ0 W powietrzu: Zatem: λ 0 r ciemny λ0 n mrλ r jasny (m 1) Rλ W środku znajduje się prąŝek ciemny powstały w wyniku zmiany fazy fali o π 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%. fekty odbić wewnątrz układu optycznego pogarszają jakość obrazu śeby 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 0