8.5. Zastosowania interferencji światła (temat nadobowiązkowy)
Interferencja światła ma szerokie zastosowanie w praktyce. Pozwala na bardzo dokładne pomiary i badania materiałów. Tutaj przytoczymy tylko dwa przypadki jej zastosowania.
Kontrola jakości obróbki powierzchni
Kładąc na badanej powierzchni przedmiotu (np. wykonanego ze stali) bardzo gładką równoległościenną płytkę wzorcową, w miejscach nierówności wytwarzamy między nią a badaną powierzchnią warstewkę powietrza o niejednakowej grubości (il. 8.24). Miejsca te uwidocznią się przez zakrzywienia interferencyjnych prążków jednakowej grubości powstałych przy odbiciu światła od badanej powierzchni i wewnętrznej powierzchni płytki wzorcowej. Precyzja tej metody jest bardzo duża, gdyż umożliwia wykrycie nierówności powierzchni wyrobu z dokładnością do długości fali światła, tj. z dokładnością rzędu .
Rozjaśnianie soczewek
Obiektywy współczesnych aparatów fotograficznych, lunet, lornetek, projektorów, peryskopów, kamer telewizyjnych i innych urządzeń optycznych składają się z dużej liczby szkieł optycznych – soczewek, pryzmatów i in. Światło przy przejściu przez taki układ optyczny doznaje wielokrotnych odbić od wielu powierzchni. Zwykle liczba odbić przewyższa 10, a w optyce podwodnej – 40. Każdorazowo przy odbiciu światło traci ok. 5–9% swojej energii. W efekcie końcowym przechodzi tylko ok. 10–20% światła. Zmniejsza się jasność obrazu, a co za tym idzie, jego jakość. Na fotografiach np. pojawia się tzw. woal.
Dzięki pokryciu szkieł optycznych cienką warstwą przeciwodblaskową mającą współczynnik załamania mniejszy od szkła następuje wygaszenie promieni odbitych na zasadzie interferencji. Zwiększa się w ten sposób ilość światła przechodzącego, a obrazy otrzymywane w urządzeniu stają się jaśniejsze.*)
Rozważmy przypadek, gdy promień padający jest prostopadły do powierzchni warstwy (na il. 8.25 promień jest nieco odchylony od prostopadłej w celu lepszego uwidocznienia biegu promieni). Promień odbity od górnej powierzchni , interferując z promieniem odbitym od dolnej powierzchni warstwy, może się wygasić wtedy, gdy droga promienia równa – grubość warstwy odblaskowej) będzie równa nieparzystej wielokrotności połowy długości fali (faza fali odbitej nie ulega zmianie, gdy odbija się od środowiska o większym współczynniku załamania), więc:
gdzie .
Długość fali w ośrodku warstwy jest mniejsza od długości fali w powietrzu i wyraża się wzorem , który wynika z zależności: .
Wobec tego grubość warstwy odblaskowej powinna wynosić:
Normalnie na soczewkę pada światło białe zawierające fale światła o różnych długościach. Wygaszenie zgodnie z powyższym wzorem zachodzi tylko dla jednej długości fali. Grubość warstwy odblaskowej dobiera się tak, aby wygaszała odbite promieniowanie światła o długości fali odpowiadającej środkowej części widma, tj. (światło zielone, mające największe natężenie w widmie światła słonecznego). Światło ze skraju widma – o barwach czerwonej i fioletowej – jest słabo wygaszane. Dlatego obiektyw i okulary z warstwą odblaskową mają zabarwienie błękitne. Stosuje się też podwójne warstwy i wtedy wygaszenie światła odbitego jest mniej zależne od jego długości – soczewki mogą mieć inne zabarwienie.
Pytania i problemy
- Omów krótko zasadę badania nierówności powierzchni za pomocą zjawiska interferencji światła.
- Na czym polega sposób poprawienia jasności obiektywów za pomocą stosowania tzw. warstw przeciwodblaskowych?