§ 15-1. Назіранне і выкарыстанне інтэрферэнцыі

Яшчэ ў дзяцінстве, надзімаючы і пускаючы мыльныя бурбалкі, вы любаваліся пераліваннем іх колераў. І вядома цяжка было ўявіць, што гэта адбываецца з прычыны інтэрферэнцыі светлавых хваль. А якія яшчэ з'явы абумоўлены інтэрферэнцыяй? Ці прымяняецца інтэрферэнцыя ў навуцы і тэхніцы? І ў якіх галінах?

Найбольш вядомая праява інтэрферэнцыі, з якой мы часта сустракаемся ў паўсядзённым жыцці, — вясёлкавая афарбоўкау мыльных бурбалак (мал. 92-2) або тонкіх плёнак бензіну (нафты) на вадзе або асфальце. Вясёлкавыя колеры ўзнікаюць на гэтых плёнках з прычыны інтэрферэнцыі святла, адбітага дзвюма паверхнямі плёнкі.

Разгледзім падзенне монахраматычнай светлавой хвалі даўжынёй λ пад вуглом α на тонкую плёнку таўшчынёй  (мал. 92-3). Яна часткова адбіваецца (хваля 1) ад верхняй паверхні плёнкі, часткова праходзіць у плёнку і часткова адбіваецца (хваля 2) ад ніжняй паверхні плёнкі (гл. мал. 92-3). У выніку хваля, адбітая ад ніжняй паверхні праходзіць дадатковую адлегласць ABC у параўнанні з хваляй, адбітай ад верхняй грані. Паміж адбітымі ад плёнкі хвалямі ( 1′ і 2′ ) узнікае аптычная рознасць ходу  , якая залежыць ад вугла праламлення β хвалі, таўшчыні плёнкі, паказчыка праламлення і даўжыні хвалі. Складаемае  улічвае змяненне фазы на Δφ=π пры адбіцці хвалі ад адной з паверхняў плёнкі. Калі аптычная рознасць ходу δ роўна цэламу ліку даўжынь хваль, то будзе назірацца інтэрферэнцыйны максімум, калі няцотнаму ліку паўхваль, то — мінімум.

Пры падзенні белага святла (400-800 нм) пад некаторым вуглом на плёнку максімум інтэрферэнцыйнай карціны будзе толькі для пэўнай даўжыні хвалі λ . Пры іншых вуглах падзення максімумы будуць назірацца для іншых даўжынь хваль. Такім чынам, пры падзенні на плёнку белага святла ў адбітым святле мы ўбачым яркія рознакаляровыя палосы, размешчаныя адна за адной.

Паміж даўжынёй хвалі λ інтэрферыруючых хваль, іх аптычнай рознасцю ходу  і размяшчэннем максімумаў і мінімумаў існуе пэўная сувязь. Гэта дазваляе, з аднаго боку, па размяшчэнні максімумаў і мінімумаў інтэрферэнцыйнай карціны вызначаць даўжыню хвалі або вымяраць паказчык праламлення рэчыва. З другога боку, ведаючы становішчы максімумаў і мінімумаў, — вызначаць рознасць ходу інтэрферыруючых хваль і такім чынам вельмі дакладна вымяраць адлегласці.

Інтэрферэнцыя святла знаходзіць шырокае прымяненне ў розных галінах навукі і тэхнікі, паколькі дазваляе значна павысіць дакладнасць вымярэнняў. Прыборы, прынцып дзеяння якіх заснаваны на з'яве інтэрферэнцыі, называюцца інтэрферометрамі. Аптычныя інтэрферометры прымяняюцца для вымярэння паказчыкаў праламлення празрыстых асяроддзяў, даўжынь хваль, кантролю якасці дэталей і іх паверхняў, вуглавых памераў зорак.

З'ява інтэрферэнцыі ў тонкіх плёнках выкарыстоўваецца для стварэння люстэркаў, фільтраў, прасвятляючых пакрыццяў і г. д.

Прасвятленне оптыкі. Аб'ектывы многіх сучасных аптычных прыбораў, напрыклад бінокляў, фотаапаратаў, кінакамер, маюць бэзавае адценне. Яно абумоўлена тым, што на знешнюю паверхню лінзы нанесена тонкая плёнка для памяншэння адбіцця ад яе паверхняў. Калі плёнку не рабіць, то пры адбіцці ад паверхняў лінзы губляецца да 10 % энергіі падаючага выпраменьвання. Паколькі сучасныя аб'ектывы маюць некалькі лінз, то страты энергіі пры адбіцці на паверхнях у аб'ектыве могуць дасягаць 70 %. Для памяншэння страт на паверхню лінзы наносяць тонкую плёнку, таўшчыня і паказчык праламлення якой падбіраюцца такім чынам, каб у адбітым святле быў інтэрферэнцыйны мінімум. У выніку праз аб'ектыў праходзіць больш святла. Атрыманы відарыс становіцца больш яркім, менавіта таму ўжываецца тэрмін «прасвятленне оптыкі».

Пры падзенні белага святла ажыццявіць «прасвятленне» для ўсіх падаючых даўжынь хваль немагчыма. Выбіраюць таўшчыню плёнкі такім чынам, каб інтэрферэнцыйны мінімум пры нармальным падзенні святла на аб'ектыў быў для даўжынь хваль λ ≈ 550 нм (зялёны колер). Памяншэнне адбіцця для чырвонага (λ ≈ 800 нм) і фіялетавага (λ ≈ 400 нм) практычна не адбываецца, таму «прасветленыя» аб’ектывы маюць бэзавае адценне.

Кантроль якасці шліфоўкі паверхняў. Для праверкі якасці апрацоўкі паверхні паміж ёй і эталоннай гладкай пласцінкай ствараюць тонкую клінавідную праслойку паветра (мал. 92-4, а). Хвалі, адбіваючыся ад верхняй (кантралюемай) і ніжняй (эталоннай) паверхняў, утвараюць інтэрферэнцыйную карціну — светлыя і цёмныя палосы. Прычым палосы будуць роўнымі толькі тады, калі паверхні ідэальна гладкія (мал. 92-4, б).

Калі ж на кантралюемай паверхні ёсць які-небудзь дэфект, напрыклад увагнутасць ці драпіна, то гэта прывядзе да скажэння інтэрферэнцыйных палос (мал. 92-4, в). Па форме палос і іх шырыні можна меркаваць аб характары дэфектаў і іх глыбіні (вышыні). Прымяненне інтэрферэнцыйных метадаў дазваляе вымяраць адхіленне ад плоскасці з хібнасцю ад 0,01 мкм. Пры нармальным падзенні монахраматычнага святла на ўзор павышаецца дакладнасць вымярэнняў, бо павялічваецца рэзкасць інтэрферэнцыйных палос.

Інтэрферэнцыйны метад — вельмі адчувальны метад праверкі гладкасці паверхняў, бо дазваляе ацаніць якасць апрацоўкі з дакладнасцю парадку  або .

Шырока выкарыстоўваецца ў цяперашні час галаграфія — метад атрымання аб'ёмных малюнкаў, заснаваны на выкарыстанні з'явы інтэрферэнцыі.

Пытаннi да параграфу

1.    Растлумачце ўтварэнне вясёлкавай афарбоўкі мыльных плёнак.
2.    Як называюцца прыборы, прынцып дзеяння якіх заснаваны на з'яве інтэрферэнцыі?
3.    Пералічыце вядомыя вам спосабы прымянення інтэрферэнцыйных метадаў.
4.    Для якіх вымярэнняў прымяняюцца аптычныя інтэрферометры?
5.    У чым сутнасць прасвятлення оптыкі?
6.    На чым заснавана прасвятленне оптыкі? Чаму ў адбітым святле аб'ектывы маюць бэзавае адценне?
7.    Як інтэрферэнцыйным метадам ажыццяўляецца кантроль якасці паверхні?