Aplicación de interferencia, interferencia de película delgada

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

Hoy hablaremos sobre el uso de la interferencia en la ciencia y la vida cotidiana, revelaremos el significado físico de este fenómeno y contaremos la historia de su descubrimiento.

Definiciones y distribuciones

Antes de hablar sobre la importancia de un fenómeno en la naturaleza y la tecnología, primero debe dar una definición. Hoy estamos considerando un fenómeno que los escolares estudian en las lecciones de física. Por lo tanto, antes de describir la aplicación práctica de la interferencia, volvamos al libro de texto.

Para empezar, cabe señalar que este fenómeno se aplica a todo tipo de olas: las que surgen en la superficie del agua o durante la investigación. Entonces, la interferencia es un aumento o reducción en la amplitud de dos o más ondas coherentes, que ocurre si se encuentran en un punto del espacio. Los máximos en este caso se llaman antinodos, y los mínimos se llaman nodos. Esta definición incluye algunas propiedades de los procesos oscilatorios, que revelaremos un poco más adelante.

La imagen que resulta de la superposición de ondas (y puede haber muchas) depende únicamente de la diferencia de fase en la que las oscilaciones llegan a un punto en el espacio.

La luz también es una onda

Los científicos llegaron a esta conclusión ya en el siglo XVI. Los cimientos de la óptica como ciencia fueron establecidos por el mundialmente famoso científico inglés Isaac Newton. Fue él quien primero se dio cuenta de que la luz se compone de ciertos elementos, cuya cantidad determina su color. El científico descubrió el fenómeno de la dispersión y la refracción. Y fue el primero en observar la interferencia de la luz en las lentes. Newton estudió propiedades de los rayos como el ángulo de refracción en diferentes medios, la doble refracción y la polarización. Se le atribuye la primera aplicación de la interferencia de ondas en beneficio de la humanidad. Y fue Newton quien se dio cuenta de que si la luz no fueran vibraciones, no exhibiría todas estas características.

Propiedades de la luz

Las propiedades ondulatorias de la luz incluyen:

1. Longitud de onda. Esta es la distancia entre dos máximos adyacentes de un swing. Es la longitud de onda la que determina el color y la energía de la radiación visible.
2. Frecuencia. Este es el número de ondas completas que pueden ocurrir en un segundo. El valor se expresa en hercios y es inversamente proporcional a la longitud de onda.
3. Amplitud. Esta es la " altura" o "profundidad" de la oscilación. El valor cambia directamente cuando interfieren dos oscilaciones. La amplitud muestra la fuerza con la que se alteró el campo electromagnético para generar esta onda en particular. También establece la intensidad del campo.
4. Fase de onda. Esta es la parte de la oscilación que se alcanza en un momento dado. Si dos ondas se encuentran en el mismo punto durante la interferencia, su diferencia de fase se expresará en unidades de π.
5. La radiación electromagnética coherente se denomina conlas mismas características. La coherencia de dos ondas implica la constancia de su diferencia de fase. No existen fuentes naturales de tal radiación, solo se crean artificialmente.

La primera aplicación es científica

Sir Isaac trabajó duro y duro en las propiedades de la luz. Observó exactamente cómo se comporta un haz de rayos cuando se encuentra con un prisma, un cilindro, una placa y una lente de varios medios refractivos transparentes. Una vez, Newton colocó una lente de vidrio convexa sobre una placa de vidrio con una superficie curva hacia abajo y dirigió una corriente de rayos paralelos hacia la estructura. Como resultado, los anillos radialmente brillantes y oscuros divergen desde el centro de la lente. El científico adivinó de inmediato que tal fenómeno solo se puede observar si hay alguna propiedad periódica en la luz que apaga el rayo en algún lugar y, por el contrario, lo mejora en algún lugar. Dado que la distancia entre los anillos dependía de la curvatura de la lente, Newton pudo calcular aproximadamente la longitud de onda de la oscilación. Así, el científico inglés encontró por primera vez una aplicación concreta para el fenómeno de la interferencia.

Interferencia de rendija

Los estudios adicionales de las propiedades de la luz requirieron establecer y realizar nuevos experimentos. Primero, los científicos aprendieron cómo crear haces coherentes a partir de fuentes bastante heterogéneas. Para ello, el flujo de una lámpara, vela o sol se dividía en dos mediante dispositivos ópticos. Por ejemplo, cuando un rayo incide sobre una placa de vidrio en un ángulo de 45 grados, parte de élse refracta y pasa, y parte se refleja. Si estas corrientes se hacen paralelas con la ayuda de lentes y prismas, la diferencia de fase en ellas será constante. Y para que en los experimentos la luz no saliera como un abanico desde una fuente puntual, el haz se hizo paralelo usando una lente de foco cercano.

Cuando los científicos aprendieron todas estas manipulaciones con la luz, comenzaron a estudiar el fenómeno de la interferencia en una variedad de agujeros, incluida una rendija estrecha o una serie de rendijas.

Interferencia y difracción

La experiencia descrita anteriormente se hizo posible gracias a otra propiedad de la luz: la difracción. Superando un obstáculo lo suficientemente pequeño como para compararlo con la longitud de onda, la oscilación puede cambiar la dirección de su propagación. Debido a esto, después de una rendija estrecha, parte del haz cambia la dirección de propagación e interactúa con haces que no cambiaron el ángulo de inclinación. Por lo tanto, las aplicaciones de interferencia y difracción no se pueden separar entre sí.

Modelos y realidad

Hasta este punto, hemos utilizado el modelo de un mundo ideal en el que todos los haces de luz son paralelos entre sí y coherentes. Además, en la descripción más simple de la interferencia, se da a entender que siempre se encuentran radiaciones con las mismas longitudes de onda. Pero en realidad, no todo es así: la luz suele ser blanca, consiste en todas las vibraciones electromagnéticas que proporciona el Sol. Esto significa que la interferencia se produce de acuerdo con leyes más complejas.

Películas delgadas

El ejemplo más obvio de este tipoLa interacción de la luz es la incidencia de un haz de luz sobre una película delgada. Cuando hay una gota de gasolina en un charco de la ciudad, la superficie brilla con todos los colores del arcoíris. Y esto es precisamente el resultado de la interferencia.

La luz cae sobre la superficie de la película, se refracta, cae en el borde de la gasolina y el agua, se refleja y se refracta nuevamente. Como resultado, la ola se encuentra en la salida. Por lo tanto, se suprimen todas las ondas, excepto aquellas para las que se cumple una condición: el espesor de la película es un múltiplo de una longitud de onda semientera. Luego, en la salida, la oscilación se encontrará con dos máximos. Si el grosor del recubrimiento es igual a la longitud de onda total, la salida superpondrá el máximo sobre el mínimo y la radiación se extinguirá sola.

De esto se deduce que cuanto más gruesa sea la película, mayor debe ser la longitud de onda que saldrá de ella sin pérdida. De hecho, una película delgada ayuda a res altar colores individuales de todo el espectro y puede usarse en tecnología.

Sesiones de fotos y gadgets

Curiosamente, algunas aplicaciones de interferencia son familiares para todos los amantes de la moda en todo el mundo.

El trabajo principal de una hermosa modelo femenina es verse bien frente a las cámaras. Todo un equipo prepara a las mujeres para una sesión de fotos: estilista, maquilladora, diseñadora de moda e interiores, editora de revista. Los molestos paparazzi pueden acechar a una modelo en la calle, en casa, con ropa divertida y una pose ridícula, y luego exhibir las imágenes al público. Pero un buen equipo es esencial para todos los fotógrafos. Algunos dispositivos pueden costar varios miles de dólares. EntreLas principales características de dicho equipo serán necesariamente la iluminación de la óptica. Y las imágenes de dicho dispositivo serán de muy alta calidad. En consecuencia, una foto de estrella sin preparación tampoco se verá tan poco atractiva.

Gafas, microscopios, estrellas

La base de este fenómeno es la interferencia en películas delgadas. Este es un fenómeno interesante y común. Y encuentra aplicaciones de interferencia de luz en una técnica que algunas personas tienen en sus manos todos los días.

El ojo humano percibe mejor el color verde. Por lo tanto, las fotografías de chicas hermosas no deben contener errores en esta región particular del espectro. Si se aplica una película con un grosor específico a la superficie de la cámara, dicho equipo no tendrá reflejos verdes. Si el lector atento alguna vez ha notado tales detalles, entonces debería haber sido sorprendido por la presencia de solo reflejos rojos y morados. La misma película se aplica a las gafas.

¿Pero si no estamos hablando del ojo humano, sino de un dispositivo sin pasión? Por ejemplo, un microscopio debe registrar el espectro infrarrojo y un telescopio debe estudiar los componentes ultravioleta de las estrellas. Luego se aplica una película antirreflectante de diferente espesor.