Newton halkaları - Newtons rings - Wikipedia

Newton halkaları bir mikroskop. Üst üste binen ölçekte en küçük artışlar 100 μm'dir. Aydınlatmanın aşağıdan olması parlak bir merkezi bölgeye götürür.
Newton halkaları girişim tarafından oluşturulan desen plano dışbükey mercek 650 nm kırmızı ile aydınlatılmış lazer ışık, düşük ışıkta fotoğraflandı mikroskop. Aydınlatma yukarıdan karanlık bir orta bölgeye götürür.
Deneysel kurulum: a dışbükey mercek düz bir yüzeyin üstüne yerleştirilir.

Newton halkaları içinde bir girişim desen tarafından oluşturulur yansıma nın-nin ışık iki yüzey arasında; a küresel yüzey ve bitişik dokunan düz bir yüzey. Adını almıştır Isaac Newton, 1704 tezindeki etkiyi araştıran Tercihler. İle görüntülendiğinde tek renkli ışık Newton halkaları, iki yüzey arasındaki temas noktasında ortalanmış bir dizi eş merkezli, değişen parlak ve koyu halkalar olarak görünür. Beyaz ışıkla bakıldığında, gökkuşağı renklerinden oluşan eşmerkezli bir halka modeli oluşturur, çünkü farklı dalga boyları yüzeyler arasındaki hava tabakasının farklı kalınlıklarına ışık çarpması.

Fenomen

Bu fenomen ilk olarak Robert Hooke 1664 kitabında Mikrografi adı, onu ilk analiz eden fizikçi Sir Isaac Newton'dan gelse de.

Teori

Parazit saçaklarının nasıl oluştuğunu gösteren, optik düzlüğün üst camının bir bölümünün yakından görünümü. Yol uzunluğu farkının yarım dalga boyunun tek katına (2n + 1) eşit olduğu konumlarda (a)yansıyan dalgalar güçlenerek parlak bir nokta oluşturur. Yol uzunluğu farkının yarım dalga boyunun çift katına (2n) eşit olduğu konumlarda (b), (Lambda 2 ile)yansıyan dalgalar birbirini keserek karanlık bir noktaya neden olur. Bu, eşmerkezli parlak ve koyu halkaların, girişim saçaklarının bir modeliyle sonuçlanır.
Newton halkaları ikide görüldü plano-dışbükey lensler düz yüzeyleri temas halinde. Bir yüzey hafif dışbükeydir ve halkaları oluşturur. Beyaz ışıkta, halkalar gökkuşağı rengindedir, çünkü her rengin farklı dalga boyları farklı yerlerde parazit yapar.

Desen çok hafif yerleştirilerek oluşturulur. dışbükey kavisli cam optik düz bardak. İki cam parçası sadece merkezde temas eder, diğer noktalarda iki yüzey arasında merkezden mikroskoba radyal mesafe ile artan hafif bir hava boşluğu vardır. Sağdaki diyagram, iki parçanın küçük bir bölümünü gösterir ve boşluk sağdan sola artmaktadır. Bir ışık tek renkli (tek renk) kaynak, üst parça boyunca parlar ve hem üst parçanın alt yüzeyinden hem de optik düzlüğün üst yüzeyinden yansır ve yansıyan iki ışın birleşir ve üst üste koymak. Ancak alt yüzeyden yansıyan ışın daha uzun bir yol kat eder. Ek yol uzunluğu, yüzeyler arasındaki boşluğun iki katına eşittir. Ek olarak, camın alt parçasından yansıyan ışın 180 ° 'lik bir faz tersine çevrilirken, iç yansıma Diğer ışının üst camın altından gelmesi, fazın tersine dönmesine neden olmaz. Yansıtılan ışığın parlaklığı, iki ışının yol uzunluğundaki farka bağlıdır:

  • Yapıcı girişim (a): İki ışın arasındaki yol uzunluğu farkının yarımın tek bir katına eşit olduğu alanlarda dalga boyu (λ / 2) ışık dalgalarının, yansıyan dalgaların fazda, dolayısıyla dalgaların "çukurları" ve "zirveleri" çakışır. Bu nedenle, dalgalar güçlenecek (eklenecek) ve ortaya çıkan yansıyan ışık yoğunluğu daha büyük olacaktır. Sonuç olarak, orada parlak bir alan görülecektir.
  • Yokedici girişim (b): Yol uzunluğu farkının yarım dalga boyunun çift katına eşit olduğu diğer yerlerde, yansıyan dalgalar 180 ° olacaktır. faz dışı Bu nedenle, bir dalganın "çukur" u diğer dalganın "zirvesi" ile çakışır. Bu nedenle, dalgalar birbirini götürür (çıkarır) ve ortaya çıkan ışık yoğunluğu daha zayıf veya sıfır olur. Sonuç olarak, orada karanlık bir alan görülecektir. Alt ışının yansıması nedeniyle 180 ° faz tersine çevrilmesi nedeniyle, iki parçanın temas ettiği merkez karanlıktır.

Bu girişim, "" adı verilen parlak ve koyu çizgiler veya şeritlerden oluşan bir desenle sonuçlanır.girişim saçakları"yüzeyde gözlemleniyor. Bunlar benzer kontur çizgileri haritalarda, hava boşluğunun kalınlığındaki farklılıkları ortaya çıkarır. Yüzeyler arasındaki boşluk bir saçak boyunca sabittir. İki bitişik parlak veya koyu saçak arasındaki yol uzunluğu farkı bir dalga boyudur λ ışık, dolayısıyla yüzeyler arasındaki boşluktaki fark yarım dalga boyudur. Işığın dalga boyu çok küçük olduğundan, bu teknik düzlükten çok küçük sapmaları ölçebilir. Örneğin, kırmızı ışığın dalga boyu yaklaşık 700 nm'dir, bu nedenle kırmızı ışık kullanıldığında iki saçak arasındaki yükseklik farkı, insan saçının çapının yarısı veya 350 nm'dir. Camlar arasındaki boşluk merkezden radyal olarak arttığından, girişim saçakları eş merkezli halkalar oluşturur. Küresel olmayan cam yüzeyler için saçaklar halka olmayacak ancak başka şekillere sahip olacaktır.

Yukarıdan aydınlatma için, karanlık bir merkezle, merkezin yarıçapı Ninci parlak yüzük tarafından verilir

nerede N parlak zil sayısıdır R ... Eğri yarıçapı cam merceğin içinden ışığın geçtiği ve λ ışığın dalga boyudur.

Yukarıdaki formül, iletilen ışıkla elde edilen halka modeli için koyu halkalar için de geçerlidir.

Düz düzlemde ışık olayını düşünün. dışbükey mercek yer alan optik olarak düz aşağıda cam yüzey. Işık, cam-hava sınırına gelene kadar cam mercekten geçer, burada iletilen ışık daha yüksek bir kırılma indisinden (n) daha düşük bir değer n değer. İletilen ışık, faz değişikliği olmaksızın bu sınırdan geçer. Yansıtılan ışıkta (toplamın yaklaşık% 4'ü) ayrıca faz değişikliği yoktur. Havaya yayılan ışık bir mesafe kat eder, taşağıdaki düz yüzeye yansıtılmadan önce; Hava-cam sınırındaki yansıma, havanın camdan daha düşük bir kırılma indisine sahip olması nedeniyle yarım döngü faz kaymasına neden olur. Alt yüzeyde yansıyan ışık (tekrar) t ve merceğe geri döner. Yansıyan iki ışın, ekstra yol uzunluğunun neden olduğu toplam faz değişikliğine göre karışacaktır. 2t ve alt yüzeyde yansımada indüklenen yarı döngü faz değişikliği ile. Mesafe ne zaman 2t bir dalga boyundan daha küçükse, dalgalar yıkıcı bir şekilde müdahale eder, dolayısıyla modelin merkezi bölgesi karanlıktır.

Cihazın yukarıdan değil alttan aydınlatılması için benzer bir analiz, bu durumda desenin orta kısmının karanlık değil parlak olduğunu göstermektedir. (Bu farkı görmek için verilen örnek resimleri karşılaştırın.)

Parlak bir halkanın radyal mesafesi göz önüne alındığında, rve lensin eğrilik yarıçapı, Rcam yüzeyler arasındaki hava boşluğu, tiyi bir yaklaşıma göre

olay ışınlarına eğik bir açıyla deseni görmenin etkisi göz ardı edilir.

İnce film paraziti

Ana makale: İnce film paraziti

Newton halkalarının fenomeni aynı temelde açıklanır ince film paraziti su üzerinde veya sabun köpüklerinde ince yağ tabakalarında görülen "gökkuşakları" gibi efektler dahil. Buradaki fark, "ince film" in ince bir hava tabakası olmasıdır.

daha fazla okuma

  • Airy, G.B. (1833). "VI.Newton halkalarının fenomenleri hakkında, farklı kırılma güçlerine sahip iki şeffaf madde arasında oluştuğunda". Felsefi Dergisi. Seri 3. 2 (7): 20–30. doi:10.1080/14786443308647959. ISSN  1941-5966.
  • Illueca, C .; Vazquez, C .; Hernandez, C .; Viqueira, V. (1998). "Oftalmik lensleri karakterize etmek için Newton halkalarının kullanımı". Oftalmik ve Fizyolojik Optik. 18 (4): 360–371. doi:10.1046 / j.1475-1313.1998.00366.x. ISSN  0275-5408. PMID  9829108. S2CID  222086863.
  • Dobroiu, Adrian; Alexandrescu, Adrian; Apostol, Dan; Nascov, Victor; Damian, Victor S. (2000). "Newton halkalarının saçak desenlerini işlemek için geliştirilmiş yöntem". Necsoiu, Teodor'da; Robu, Maria; Dumitras, Dan C (editörler). SIOEL '99: Optoelektronik Altıncı Sempozyumu. Bildiriler. 4068. sayfa 342–347. doi:10.1117/12.378693. ISSN  0277-786X.
  • Tolansky, S. (2009). "XIV. Girişim ölçümüne yeni katkılar. Bölüm II - Newton halkalarıyla yeni girişim fenomeni". The London, Edinburgh ve Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 35 (241): 120–136. doi:10.1080/14786444408521466. ISSN  1941-5982.

Dış bağlantılar