5.3.4 Využití interference na tenkých vrstvách v praxi

Transkript

1 5.3.4 Využití intefeence na tenkých vstvách v paxi Předpoklady: kontola vyboušení bousíme čočku, potřebujeme vyzkoušet zda je spávně vyboušená (má spávný tva) máme vyobený velice přesný odlitek (negativ) čočky (kalib) čočka se přiložíme ke kalibu při ideálním vyboušení čočky je vstva mezi kalibem a čočkou všude stejně tlustá podmínka po intefeenční maximum je všude splněna po stejnou bavu vše uvidím ve stejné bavě eálná čočka vstva mezi kalibem a čočkou je ůzně tlustá podmínka po intefeenční maximum je všude splněna po jiné bavy vidím ůzné bavy čím ychleji se budou měnit bavy získané intefeencí, tím ychleji se mění štěbina mezi čočkou a kalibem a tím hůře je čočka vyboušená Př. 1: Dvě skleněné destičky jsou na sebe položeny tak, že mezi nimi vzniká vzduchový klín s velmi malým úhlem. Situace je nakeslena na obázku při pohledu z boku. Nakesli intefeenční obazec, kteý na vzduchovém klínu vznikne, pokud ho kolmo seshoa osvítíme čeveným světlem (při pohledu shoa). Šířka vzduchové vstvy mezi skleněnými deskami se postupně zvětšuje v učité vzdálenosti od místa dotyku bude splněna podmínka po intefeenční maximum, v další vzdálenosti podmínka po intefeenční minimum, pak zas po intefeenční maximum při pohledu seshoa uvidíme střídavě čené (minimum) a čevené (maximum) puhy.. Newtonova skla (měření vlnové délky) ploskovypuklá spojka s velkým poloměem R přiložená k vodoovné desce vznikne vzduchová mezea, jejíž tloušťka se zvětšuje se vzdáleností od bodu dotyku svítíme shoa na vzduchové mezeře nastává intefeence svítíme bílým světlem baevné koužky svítíme baevným světlem střídají se koužky bavy, kteou svítíme, s temnými koužky beze světla

2 R Pokud změříme vzdálenosti od středu můžeme učit tloušťku vzduchové mezey učíme vlnovou délku záření, kteé má na změřeném poloměu maximum nebo minimum 3.potiodazové vstvy část světla dopadajícího na libovolné ozhaní se vždy odáží zpět u skleněných čoček se takto odáží 5% - 10% dopadajícího světla u jednotlivé čočky to není velký poblém u objektivu sestaveného z 1 částí pojde pouze 0,95 1 =0,54 54% světla (to už je málo, znamená to podloužení expoziční doby na dvojnásobek) nápad: potáhneme čočku na dopadových plochách tenkou vstvou, na kteé dojde k intefeenci s minimem v odaženém a s maximem v pocházejícím světle Př. : Najdi mezeu v nápadu na snížení odazivosti čoček jejich potažením intefeenční tenkou vstvou. viditelné světlo se skládá z ůzných baev s ůznou vlnovou délkou každá bava by vyžadovala jinou tloušťku vstvy Poblém s ůznou tloušťkou vstvy po ůzné bavy světla se nedá odstanit, pouze potlačit tloušťka vstvy je optimalizována tak, aby zeslabila odaz střední části spekta (zelená, žlutá), na kteou je lidské oko nejcitlivější v odaženém světle tyto bavy chybí objektivy vypadají zepředu modofialově Dodatek: V gymnaziální učebnici optiky je uvedeno, že mateiály na antieflexní vstvy mají mít index lomu menší než je index lomu skla. Po tuto podmínku jsem nenalezl logický důvod ani se mi ji nepodařilo ověřit z jiného zdoje. Navíc většina mateiálů uváděných na ůzných místech intenetu má index lomu větší než je uváděn u optických skel. Př. 3: Vypiš údaje, kteé je nutné znát, po spávné navžení tloušťky antieflexní vstvy po čočku. index lomu antieflexní vstvy (je to vstva na níž pobíhá intefeence) vlnovou délku, po kteou máme vstvu optimalizovat index lomu skla, ze kteého je vyobena čočka (ozhoduje o tom, jaký typ odazu nastane na ozhaní vstva-sklo)

3 Pedagogická poznámka: Vyřešit všechny tři zbývající příklady není eálné. Možná je lepší řešit příklady v pozměněném pořadí 4, 6, 5, potože v příkladě 6. studenti potřebují poadit s výpočtem tloušťky vzduchové vstvy. Př. 4: Na čočku s indexem lomu 1,5 má být nanesena antieflexní vstva z oxidu křemíku o indexu lomu 1,55. Uči její tloušťku, pokud má být optimalizována po žlutozelenou bavu =550 nm. situace podobná mýdlové bublině v odaženém světle se skládá: papsek odažený na ozhaní vzduch-antieflexni vstva (odaz z opticky řidšího do opticky hustšího obací se fáze, přičítám ) papsek, kteý pošel vstvou, odazil na ozhaní vstva-sklo (odaz z opticky hustšího do opticky řidšího fáze se neobací) nd = k1 (hledáme minimum) nd= k d= k n hledáme minimum 1. řádu, je nejsilnější dosadíme k=1 d= k n = nm=177 nm 1,55 Antieflexní vstva musí mít tloušťku 177 nm. Př. 5: Na čočku s indexem lomu 1,5 má být nanesena antieflexní vstva z fluoidu hořečnatého o indexu lomu 1,38. Uči její tloušťku, pokud má být optimalizována po žlutozelenou bavu =550 nm. v odaženém světle se skládá: papsek odažený na ozhaní vzduch-antieflexni vstva (odaz z opticky řidšího do opticky hustšího obací se fáze, přičítám ) papsek, kteý pošel vstvou, odazil na ozhaní vstva-sklo (odaz z opticky řidšího do opticky hustšího obací se fáze, přičítám ) potože se u obou skládajících papsků obací fáze, nevzniká kvůli tomu mezi nimi žádný fázový ozdíl na levou stanu nepřidávám člen nd= k1 (hledáme minimum) k1 d= 4 n hledáme minimum 1. řádu, je nejsilnější dosadíme k=0 k1 d= = nm=100 nm 4 n 4 1,38 Antieflexní vstva musí mít tloušťku 100 nm. Př. 6: Ploskovypuklá čočka Newtonových skel má polomě křivosti 300 cm. Duhý světlý koužek

4 v odaženém světle má polomě 1,5 mm. Uči vlnovou délku užitého světla. Pokud chceme učit vlnovou délku intefeujícího světla, musíme spočítat tloušťku vzduchové vstvy v místě, kde pozoujeme světlý použek. Nakeslíme obázek (kvůli přehlednosti neodpovídá pomě velikostí R a na obázku ealitě): R R-d R d d Zelený tojúhelník sestojený nad půměem kužnice s poloměem R je pavoúhlý (Thaletova věta). Polomě koužku je výškou tohoto tojúhelníka, vzdálenosti R d a d jsou úsečky přepony použijeme větu o výšce: v =c a c b = R d d =R d d poblém: chceme učit d, ale po d je ovnice kvadatická, naštěstí d je řádově 0,001 mm (aby vůbec došlo k intefeenci), R je řádově m člen R d je miliónkát větší než člen d d je daleko menší než chyby měření člen d můžeme zanedbat =R d d= R Teď se můžeme zabývat intefeencí: v odaženém světle se skládá: papsek odažený na ozhaní sklo-vzduch (odaz z opticky hustšího do opticky řidšího fáze se neobací, nic nepřičítáme) papsek, kteý pošel vstvou, odazil na ozhaní vzduch-sklo (odaz z opticky řidšího do opticky hustšího obací se fáze, přičítáme ) potože se fáze obací u jednoho ze skládajících se papsků obací fáze, musíme k jejich fázovému ozdílu připočíst člen nd = k (hledáme maximum) nd= k nd= k 1 = 4 n d dosadíme d= k 1 R = 4 n k 1 R = n k 1 R hledám maximum. řádu k=, intefeence pobíhá na vzduchové vstvě

5 n=1 = n k 1 R = 1 0,0015 m=0, m=500 nm 1 3 Dopadající světlo má vlnovou délku 500 nm. Shnutí: Intefeence se používá ke kontole boušených ploch a snižování odazivosti čoček.