Application d'interférences, interférences de couches minces

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

Aujourd'hui, nous allons parler de l'utilisation de l'interférence dans la science et la vie quotidienne, révéler la signification physique de ce phénomène et raconter l'histoire de sa découverte.

Définitions et distributions

Avant de parler de l'importance d'un phénomène dans la nature et la technologie, vous devez d'abord donner une définition. Aujourd'hui, nous examinons un phénomène que les écoliers étudient dans les cours de physique. Par conséquent, avant de décrire l'application pratique de l'interférence, tournons-nous vers le manuel.

Pour commencer, il convient de noter que ce phénomène s'applique à tous les types d'ondes: celles qui surviennent à la surface de l'eau ou lors de recherches. Ainsi, l'interférence est une augmentation ou une réduction de l'amplitude de deux ondes cohérentes ou plus, qui se produit si elles se rencontrent en un point de l'espace. Les maxima dans ce cas sont appelés ventres et les minima sont appelés nœuds. Cette définition inclut certaines propriétés des processus oscillatoires, que nous révélerons un peu plus tard.

L'image qui résulte de la superposition d'ondes les unes sur les autres (et il peut y en avoir beaucoup) ne dépend que de la différence de phase dans laquelle les oscillations arrivent à un point dans l'espace.

La lumière est aussi une onde

Les scientifiques sont arrivés à cette conclusion déjà au XVIe siècle. Les fondations de l'optique en tant que science ont été posées par le célèbre scientifique anglais Isaac Newton. C'est lui qui a réalisé le premier que la lumière se compose de certains éléments, dont la quantité détermine sa couleur. Le scientifique a découvert le phénomène de dispersion et de réfraction. Et il fut le premier à observer les interférences de la lumière sur les lentilles. Newton a étudié des propriétés des rayons telles que l'angle de réfraction dans différents milieux, la double réfraction et la polarisation. Il est crédité de la première application de l'interférence des ondes au profit de l'humanité. Et c'est Newton qui s'est rendu compte que si la lumière n'était pas des vibrations, elle ne présenterait pas toutes ces caractéristiques.

Propriétés de la lumière

Les propriétés ondulatoires de la lumière incluent:

1. Longueur d'onde. Il s'agit de la distance entre deux hauteurs adjacentes d'un swing. C'est la longueur d'onde qui détermine la couleur et l'énergie du rayonnement visible.
2. Fréquence. C'est le nombre de vagues complètes qui peuvent se produire en une seconde. La valeur est exprimée en Hertz et est inversement proportionnelle à la longueur d'onde.
3. Amplitude. C'est la "hauteur" ou la "profondeur" de l'oscillation. La valeur change directement lorsque deux oscillations interfèrent. L'amplitude montre à quel point le champ électromagnétique a été perturbé pour générer cette onde particulière. Il définit également l'intensité du champ.
4. Phase d'onde. C'est la partie de l'oscillation qui est atteinte à un instant donné. Si deux ondes se rencontrent au même point pendant l'interférence, alors leur différence de phase sera exprimée en unités de π.
5. Le rayonnement électromagnétique cohérent est appelé avecles mêmes caractéristiques. La cohérence de deux ondes implique la constance de leur déphasage. Il n'y a pas de sources naturelles de tels rayonnements, ils ne sont créés qu'artificiellement.

La première application est scientifique

Sir Isaac a travaillé dur et dur sur les propriétés de la lumière. Il a observé exactement comment un faisceau de rayons se comporte lorsqu'il rencontre un prisme, un cylindre, une plaque et une lentille de divers milieux transparents réfractifs. Une fois, Newton a placé une lentille de verre convexe sur une plaque de verre avec une surface incurvée vers le bas et a dirigé un flux de rayons parallèles sur la structure. En conséquence, des anneaux radialement brillants et sombres divergent du centre de la lentille. Le scientifique a immédiatement deviné qu'un tel phénomène ne peut être observé que s'il existe une propriété périodique dans la lumière qui éteint le faisceau quelque part, et quelque part, au contraire, l'améliore. Comme la distance entre les anneaux dépendait de la courbure de la lentille, Newton a pu calculer approximativement la longueur d'onde de l'oscillation. Ainsi, le scientifique anglais a pour la première fois trouvé une application concrète au phénomène d'interférence.

Interférence fendue

Des études plus poussées sur les propriétés de la lumière ont nécessité la mise en place et la réalisation de nouvelles expériences. Dans un premier temps, les scientifiques ont appris à créer des faisceaux cohérents à partir de sources assez hétérogènes. Pour ce faire, le flux d'une lampe, d'une bougie ou d'un soleil était divisé en deux à l'aide de dispositifs optiques. Par exemple, lorsqu'un faisceau frappe une plaque de verre à un angle de 45 degrés, une partie de celui-ciest réfractée et passe, et une partie est réfléchie. Si ces flux sont rendus parallèles à l'aide de lentilles et de prismes, leur différence de phase sera constante. Et pour que dans les expériences, la lumière ne sorte pas comme un ventilateur d'une source ponctuelle, le faisceau a été rendu parallèle à l'aide d'une lentille à mise au point rapprochée.

Lorsque les scientifiques ont appris toutes ces manipulations avec la lumière, ils ont commencé à étudier le phénomène d'interférence sur une variété de trous, y compris une fente étroite ou une série de fentes.

Interférence et diffraction

L'expérience décrite ci-dessus est devenue possible grâce à une autre propriété de la lumière - la diffraction. Surmontant un obstacle suffisamment petit pour être comparé à la longueur d'onde, l'oscillation est capable de changer la direction de sa propagation. De ce fait, après une fente étroite, une partie du faisceau change la direction de propagation et interagit avec des faisceaux qui n'ont pas changé l'angle d'inclinaison. Par conséquent, les applications d'interférence et de diffraction ne peuvent pas être séparées l'une de l'autre.

Modèles et réalité

Jusqu'ici, nous avons utilisé le modèle d'un monde idéal dans lequel tous les faisceaux de lumière sont parallèles les uns aux autres et cohérents. De plus, dans la description la plus simple des interférences, il est sous-entendu que des rayonnements avec les mêmes longueurs d'onde sont toujours rencontrés. Mais en réalité, tout n'est pas ainsi: la lumière est le plus souvent blanche, elle est constituée de toutes les vibrations électromagnétiques que fournit le Soleil. Cela signifie que les interférences se produisent selon des lois plus complexes.

Cellules minces

L'exemple le plus évident de ce genrel'interaction de la lumière est l'incidence d'un faisceau de lumière sur un film mince. Lorsqu'il y a une goutte d'essence dans une flaque d'eau de la ville, la surface scintille de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel. Et c'est précisément le résultat d'interférences.

La lumière tombe sur la surface du film, est réfractée, tombe à la frontière de l'essence et de l'eau, est réfléchie et réfractée à nouveau. Du coup, la vague se retrouve à la sortie. Ainsi, toutes les ondes sont supprimées, sauf celles pour lesquelles une condition est satisfaite: l'épaisseur du film est un multiple d'une longueur d'onde demi-entière. Alors à la sortie l'oscillation se rencontrera avec deux maxima. Si l'épaisseur du revêtement est égale à toute la longueur d'onde, la sortie superposera le maximum au minimum et le rayonnement s'éteindra.

Il s'ensuit que plus le film est épais, plus la longueur d'onde qui en sortira sans perte doit être grande. En fait, un film mince aide à mettre en évidence les couleurs individuelles de l'ensemble du spectre et peut être utilisé dans la technologie.

Séances photo et gadgets

Curieusement, certaines applications d'interférence sont familières à toutes les fashionistas du monde entier.

Le travail principal d'un beau modèle féminin est de bien paraître devant les caméras. Toute une équipe prépare les femmes à une séance photo: styliste, maquilleuse, styliste et décoratrice d'intérieur, rédactrice en chef de magazine. Des paparazzi ennuyeux peuvent guetter un modèle dans la rue, à la maison, dans des vêtements amusants et une pose ridicule, puis exposer les photos au public. Mais un bon équipement est essentiel pour tous les photographes. Certains appareils peuvent coûter plusieurs milliers de dollars. ParmiLes principales caractéristiques d'un tel équipement seront nécessairement l'éclaircissement de l'optique. Et les images d'un tel appareil seront de très haute qualité. En conséquence, une star photographiée sans préparation n'aura pas non plus l'air si peu attrayante.

Lunettes, microscopes, étoiles

La base de ce phénomène est l'interférence dans les couches minces. C'est un phénomène intéressant et courant. Et trouve des applications d'interférence lumineuse dans une technique que certaines personnes tiennent dans leurs mains tous les jours.

L'œil humain perçoit mieux la couleur verte. Par conséquent, les photographies de belles filles ne doivent pas contenir d'erreurs dans cette région particulière du spectre. Si un film d'une épaisseur spécifique est appliqué sur la surface de la caméra, cet équipement n'aura pas de reflets verts. Si le lecteur attentif a déjà remarqué de tels détails, alors il aurait dû être frappé par la présence des seuls reflets rouges et violets. Le même film est appliqué sur les verres à lunettes.

Mais si nous ne parlons pas de l'œil humain, mais d'un appareil sans passion ? Par exemple, un microscope doit enregistrer le spectre infrarouge et un télescope doit étudier les composantes ultraviolettes des étoiles. Ensuite, un film anti-reflet d'une épaisseur différente est appliqué.