Tom III

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 1 10 długości fali światła, tj. z dokładnością rzędu 10 - 5 mm .

Badanie nierówności powierzchni stalowego wyrobu
 Ilustracja 8.24. Badanie nierówności powierzchni stalowego wyrobu
Na interferujące promienie 1 ' i 1 ' ' nakłada się dodatkowo promień 1 ' ' ' , co zaburza obraz interferencyjny uzyskiwany w obszarach pozbawionych nierówności

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 n w 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.*)

Interferencja promieni odbitych w warstwie przeciwodblaskowej
 Ilustracja 8.25. Interferencja promieni odbitych w warstwie przeciwodblaskowej

Rozważmy przypadek, gdy promień padający 1 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 1 ' , interferując z promieniem odbitym od dolnej powierzchni 1 ' ' warstwy, może się wygasić wtedy, gdy droga promienia 1 ' ' równa 2 d ( d – grubość warstwy odblaskowej) będzie równa nieparzystej wielokrotności połowy długości fali λ b (faza fali odbitej nie ulega zmianie, gdy odbija się od środowiska o większym współczynniku załamania), więc:

2 d = ( 2 m + 1 ) λ b 2
( 8.22 )

gdzie m = 0 , 1 , 2 , ... .

Długość fali w ośrodku warstwy λ b jest mniejsza od długości fali w powietrzu λ i wyraża się wzorem λ b = λ / n , który wynika z zależności: n = c / v = ( λ ν ) / ( λ b ν ) = λ / λ b .

Wobec tego grubość warstwy odblaskowej powinna wynosić:

d = ( 2 m + 1 ) λ 4 n
( 8.23 )

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. λ 5,5 μ m (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.

Dla porównania przepuszczalności światła, szkło okularowe w połowie pokryto warstwą przeciwodblaskową
 Ilustracja 8.26. Dla pośredniego porównania przepuszczalności światła, szkło okularowe w połowie pokryto warstwą przeciwodblaskową
Widać wyraźnie, że część pokryta tą warstwą odbija światło znacznie słabiej

Pytania i problemy

  1. Omów krótko zasadę badania nierówności powierzchni za pomocą zjawiska interferencji światła.
  2. Na czym polega sposób poprawienia jasności obiektywów za pomocą stosowania tzw. warstw przeciwodblaskowych?