Uporaba motenj, interferenca tankega filma

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Danes bomo govorili o uporabi vmešavanja v znanost in vsakdanje življenje, razkrili fizični pomen tega pojava in povedali o zgodovini njegovega odkritja.

Definicije in distribucije

Preden spregovorite o pomenu pojava v naravi in tehnologiji, morate najprej dati definicijo. Danes razmišljamo o pojavu, ki ga šolarji študirajo pri pouku fizike. Zato, preden opišemo praktično uporabo motenj, se obrnimo na učbenik.

Za začetek je treba omeniti, da ta pojav velja za vse vrste valov: tiste, ki nastanejo na površini vode ali med raziskavami. Interferenca je torej povečanje ali zmanjšanje amplitude dveh ali več koherentnih valov, ki se pojavi, če se srečata na eni točki v prostoru. Maksime v tem primeru imenujemo antinode, minimumi pa vozlišča. Ta definicija vključuje nekatere lastnosti nihajnih procesov, ki jih bomo razkrili malo kasneje.

Slika, ki nastane zaradi prekrivanja valov enega na drugega (in lahko jih je veliko), je odvisna samo od fazne razlike, v kateri nihanja pridejo do ene točke v prostoru.

Svetloba je tudi val

Do tega zaključka so znanstveniki prišli že v šestnajstem stoletju. Temelje optike kot znanosti je postavil svetovno znani angleški znanstvenik Isaac Newton. On je prvi spoznal, da je svetloba sestavljena iz določenih elementov, katerih količina določa njeno barvo. Znanstvenik je odkril pojav disperzije in loma. In bil je prvi, ki je opazil motnje svetlobe na lečah. Newton je preučeval lastnosti žarkov, kot so lomni kot v različnih medijih, dvojni lom in polarizacija. Pripisujejo mu prvo uporabo valovnih motenj v dobro človeštva. In Newton je spoznal, da če svetloba ne bi bila vibracija, ne bi imela vseh teh lastnosti.

Lahke lastnosti

Valovne lastnosti svetlobe vključujejo:

1. valovna dolžina. To je razdalja med dvema sosednjima višinama enega zamaha. Valovna dolžina je tista, ki določa barvo in energijo vidnega sevanja.
2. Pogostost. To je število popolnih valov, ki se lahko pojavijo v eni sekundi. Vrednost je izražena v Hertzih in je obratno sorazmerna z valovno dolžino.
3. Amplituda. To je "višina" ali "globina" nihanja. Vrednost se neposredno spremeni, ko se motita dve nihanji. Amplituda kaže, kako močno je bilo elektromagnetno polje moteno, da bi ustvaril ta poseben val. Prav tako nastavi jakost polja.
4. Faza valovanja. To je del nihanja, ki je dosežen v določenem času. Če se dva vala med interferenco srečata na isti točki, bo njuna fazna razlika izražena v enotah π.
5. Koherentno elektromagnetno sevanje se imenuje senake značilnosti. Koherentnost dveh valov pomeni konstantnost njune fazne razlike. Naravnih virov takšnega sevanja ni, ustvarjeni so le umetno.

Prva prijava je znanstvena

Sir Isaac je trdo in trdo delal na lastnostih svetlobe. Natančno je opazoval, kako se snop žarkov obnaša, ko naleti na prizmo, cilinder, ploščo in lečo iz različnih lomnih prosojnih medijev. Nekoč je Newton postavil konveksno stekleno lečo na stekleno ploščo z ukrivljeno površino navzdol in usmeril tok vzporednih žarkov na strukturo. Posledično se radialno svetli in temni obroči odstopajo od središča leče. Znanstvenik je takoj uganil, da je takšen pojav mogoče opaziti le, če obstaja neka periodična lastnost svetlobe, ki nekje ugasne žarek, nekje pa ga, nasprotno, okrepi. Ker je bila razdalja med obroči odvisna od ukrivljenosti leče, je Newton lahko približno izračunal valovno dolžino nihanja. Tako je angleški znanstvenik prvič našel konkretno uporabo za pojav interference.

režene motnje

Nadaljnje študije lastnosti svetlobe so zahtevale postavitev in izvajanje novih poskusov. Najprej so se znanstveniki naučili, kako ustvariti koherentne žarke iz precej heterogenih virov. Da bi to naredili, je bil tok iz svetilke, sveče ali sonca razdeljen na dva z uporabo optičnih naprav. Na primer, ko žarek udari v stekleno ploščo pod kotom 45 stopinj, potem njen delse lomi in prehaja naprej, del pa se odbija. Če te tokove naredimo vzporedno s pomočjo leč in prizme, bo fazna razlika v njih konstantna. In da v poskusih svetloba ni izhajala kot ventilator iz točkovnega vira, je bil žarek vzporeden s pomočjo leče z blizu ostrenjem.

Ko so se znanstveniki naučili vseh teh manipulacij s svetlobo, so začeli preučevati pojav motenj na različnih luknjah, vključno z ozko režo ali vrsto rež.

Interferenca in difrakcija

Zgoraj opisana izkušnja je postala mogoča zaradi druge lastnosti svetlobe - difrakcije. Če premaga oviro, ki je dovolj majhna, da jo primerjamo z valovno dolžino, lahko nihanje spremeni smer svojega širjenja. Zaradi tega po ozki reži del žarka spremeni smer širjenja in sodeluje z žarki, ki niso spremenili kota naklona. Zato aplikacij interference in difrakcije ni mogoče ločiti drug od drugega.

Modeli in resničnost

Do te točke smo uporabljali model idealnega sveta, v katerem so vsi žarki svetlobe med seboj vzporedni in koherentni. Tudi v najpreprostejšem opisu motenj je implicirano, da vedno naletimo na sevanja z enakimi valovnimi dolžinami. Toda v resnici vse ni tako: svetloba je najpogosteje bela, sestavljena je iz vseh elektromagnetnih vibracij, ki jih zagotavlja Sonce. To pomeni, da se motnje pojavljajo v skladu z bolj zapletenimi zakoni.

tanki filmi

Najbolj očiten primer te vrsteinterakcija svetlobe je vpad svetlobnega snopa na tanek film. Ko je v mestni luži kapljica bencina, se površina lesketa z vsemi barvami mavrice. In prav to je posledica motenj.

Svetloba pade na površino filma, se lomi, pade na mejo bencina in vode, se odbije in ponovno lomi. Posledično se val sreča na izhodu. Tako so vsi valovi potlačeni, razen tistih, za katere je izpolnjen en pogoj: debelina filma je večkratnik pol cele valovne dolžine. Nato se bo na izhodu nihanje srečalo z dvema maksimumoma. Če je debelina prevleke enaka celotni valovni dolžini, bo izhod naložil maksimum na minimum in sevanje bo ugasnilo samo od sebe.

Iz tega sledi, da debelejši kot je film, večja mora biti valovna dolžina, ki bo prišla iz njega brez izgube. Pravzaprav tanek film pomaga poudariti posamezne barve iz celotnega spektra in se lahko uporablja v tehnologiji.

fotografski posnetki in pripomočki

Nenavadno je, da so nekatere uporabe motenj poznane vsem fashionistam po vsem svetu.

Glavna naloga lepe manekenke je videti dobro pred kamerami. Ženske na fotografiranje pripravlja cela ekipa: stilistka, vizažistka, modna in notranja oblikovalka, urednica revije. Nadležni paparaci lahko čakajo na manekenko na ulici, doma, v smešnih oblačilih in smešni pozi, nato pa slike dajo na ogled javnosti. Toda dobra oprema je nujna za vse fotografe. Nekatere naprave lahko stanejo več tisoč dolarjev. MedGlavne značilnosti takšne opreme bodo nujno razsvetljenje optike. In slike iz takšne naprave bodo zelo kakovostne. V skladu s tem tudi posnetek zvezde brez priprav ne bo videti tako neprivlačen.

Očala, mikroskopi, zvezde

Osnova tega pojava je interferenca v tankih filmih. To je zanimiv in pogost pojav. In najde aplikacije za svetlobne motnje v tehniki, ki jo nekateri ljudje vsak dan držijo v rokah.

Človeško oko najbolje zazna zeleno barvo. Zato fotografije lepih deklet ne bi smele vsebovati napak v tem določenem območju spektra. Če se na površino kamere nanese film določene debeline, potem takšna oprema ne bo imela zelenih odsevov. Če je pozoren bralec že kdaj opazil takšne podrobnosti, bi ga morala presenetiti prisotnost le rdečih in vijoličnih odsevov. Isti film se uporablja za očala.

A če ne govorimo o človeškem očesu, ampak o brezstrastni napravi? Na primer, mikroskop mora registrirati infrardeči spekter, teleskop pa mora preučevati ultravijolične komponente zvezd. Nato se nanese antirefleksni film drugačne debeline.