На тонкий стеклянный клин нормально падает монохроматический свет. Наименьшая толщина клина, с которой видны интерференционные полосы, d = 0,1 мкм, расстояние между полосами х = 5 мм. Определите длину волны падающего света и угол между поверхностями клина.
Дано:
dmin = 0,1 мкм = 10-7 м
х = 5 мм = 5∙10-3 м
n = 1.5 (стекло)
Найти: λ,
Решение
На рисунке представлена оптическая схема задачи.
Луч отражается от верхней и нижней поверхности клина.
На рис. они отклонены в сторону, чтобы их было видно, в действительности они практически идут вдоль одной прямой, перпендикулярной поверхностям клина, которые в виду малости угла можно считать параллельными.
Эти два отражённых луча когерентны, так как образованы одним первичным лучом, и интерферируют.
В зависимости от оптической разности хода этих интерферирующих лучей происходит усиление или ослабление интенсивности света, и образуются тёмные и светлые полосы.
При переходе от одной тёмной (или светлой) полосы к соседней порядок интерференции изменяется на единицу т.е
. оптическая разность хода ∆ изменяется на длину волны λ:
∆ = λ (1)
Из рисунка видно, что толщина клина при переходе к соседней полосе изменяется на
(2)
х – расстояние между центрами соседних полос, – угол между поверхностями клина
Луч, который отражается от нижней поверхности, проходит эту разность толщин дважды: вниз и вверх. Также эта (геометрическая) разность находится в веществе (стекле), поэтому, чтобы получить оптическую разность хода лучей надо геометрическую умножить на абсолютный показатель преломления среды n.
Итак, оптическая разность лучей при переходе к соседней полосе изменяется на:
(3)
Используя условие (1), получаем уравнение
или, ввиду малости угла
(4)
Теперь рассмотрим при какой толщине клина появятся полосы.
2
1
3
d
n
Оптическая разность хода отражённых лучей в тонкой плёнке (это участок клина) при перпендикулярном падении равна 2dn (луч 3 проходит толщину d дважды – вниз и вверх)
d – толщина плёнки, n – абсолютный показатель преломления вещества.
Учитывая изменение фазы луча 2 при отражёнии от оптически более плотной среды (что эквивалентно разности хода в λ/2) получим:
∆ = 2d∙n + λ/2 (4)
Условием максимума в отражённом свете будет равенство оптической разности хода чётному числу полуволн или целому числу длин волн:
∆ = 2d∙n + λ/2 = m λ
или (5)
m – порядок интерференции m = 1, 2, 3, ……
Из (5) выражаем d.
Минимальная толщина соответствует m = 1.
м = 0,6 мкм
При этой толщине клина появится первая светлая полоса.
Теперь из (4)
рад = (угловых секунд)
Ответ: λ = 0,6 мкм,