Světlo V: Interference světla a jeho aplikace

V tomto dílu seriálu přímo navážeme na minulý díl vysvětlující pojem interference vlnění. Nejčastěji se s tímto jevem setkáváme u elektromagnetického vlnění (tj. světla). Ovšem zde hraje důležitou roli, o jaké světlo jde. My se budeme nejvíce zajímat o viditelné světlo (400nm až 800nm), na které je naše oko citlivé. Právě takto malá vlnová délka světla má za následky velmi specifické vlastnosti interference.

• Světlo IV: Interference vlnění

Již jsme se zmínili, že jako první interferenci světla pozoroval před více jak 200lety Thomas Young při interferenci na dvou štěrbinách (obr. 1). Jak víme interferenční jev vzniká při rozdílné fázi.

V Youngově pokusu tento rozdíl vzniká různě rozdílnou délkou drah δ interferujících paprsků. K zesílení amplitudy intenzity (konstruktivní interference) na stínítku dochází při celistvých násobcích vlnové délky. Po určité aproximaci tak dostaneme podmínku pro interferenční maxima

kde

je celé číslo. Analogicky lze nalézt podmínka pro interferenční minima

Na podobném principu fungují i tzv. Fresnelova zrcadla, Fresnelův dvojhranol a Loydův pokus.

Dokonce při odrazu kolmého paprsku od rovinného zrcadla dochází k interferenci s odraženým paprskem a vytvoření stojaté vlny.

Nejčastěji se ovšem setkáváme s interferencí na velmi tenkých vrstvách např. stěnách mýdlových bublin nebo olejových skvrn. Fyzikálně se jedná o interferenci na planparalelní desce (obr. 5), což je tenká průhledná deska s rovnoběžnými rozhraními.

Při dopadu rovinné světelné vlny na planparalelní desku dochází současně k odrazu i lomu vlny, což je příčinou vzniku interference. Opět i zde lze z geometrie problému naleznout podmínky pro interferenční maxima a minima. Při osvětlení bílým světlem na planparalelní vrstvu je světlo zbarveno v závislosti na tloušťce planparalelní vrstvy. Důvodem zabarvení světla je to, že při určité tloušťce planparalelní vrstvy se budou některé vlnové délky světla zesilovat a jiné zeslabovat, což vede ke změně spektra.

Variací na tento princip je interference na Newtonových sklech (obr. 6), což je plankonvexní čočka přiložená vypuklou stranou k rovinné destičce. Zde vlivem interference pozorujeme tzv. Newtonovy kroužky.

Dalším důležitým přístrojem využívající interferenci jsou interferometry. Právě velká citlivost interferenčního jevu na dráhový posuv se využívá k velmi přesnému měření rozměrů. Nejzákladnějším interferometrem je Michelsonův (obr.7), který se skládá ze zdroje světla P, polopropustného zrcadla A, kompenzační destičky k1, pevného rovinného zrcadla Z1 a pohyblivého rovinného zrcadla Z2, které  kopíruje měřený rozměr. Na detektoru D pak jednoduše z interferenčního obrazce můžeme rozpoznat nepatrné posunutí zrcadla Z1. Tento přístroj byl tak přesný, že pomocí něho byl až do konce minulého století nadefinován metr. Za tuto definici a pokus byl Michelsonovi udělena Nobelova cena.

Existuje však velké množství interferometrů, např.: Rožděstvenského-Machův, Rayleighův, Fabryův-Perotův nebo v praxi velmi využívaný Mach-Zenhnderův interferometr.

Interference se využívá i v astronomii. Výstavba dalekohledů s obrovskými průměry zrcadel je velmi drahá, proto se dnes raději využívá více menších dalekohledů, kde výsledný obraz je vytvořen právě jejich interferencí. Takto třeba fungují dalekohledy VLT (viz poznámka).

Poznámka:

VLT (Very Large Telescope)
Pravděpodobně největší soustava dalekohledů byla vybudována na hoře Cerro Paranal v severním Chile, a to v nadmořské výšce 2635 m. Soustavu, jejímž základem jsou čtyři dalekohledy o průměru zrcadel 8,2 m, doplněné třemi 1,8 metrovými dalekohledy, řídí Evropská jižní observatoř (ESO). Každý z těchto čtyř dalekohledů je umístěn ve vlastní věži a každý z nich využívá tři ohniska do kterých lze umístit řadu přístrojů. Kromě systému adaptivní optiky jsou primární zrcadla vybavena systémem aktivní optiky. Tenké primární zrcadlo je ohebné a lze aktivně měnit jeho zakřivení pomocí podpůrného počítačového systému. Dalekohledy mohou pracovat jak samostatně, tak i v kombinovaném režimu. Sběrná plocha každého dalekohledu je 53 metrů. Pokud budou pracovat společně, nahradí dalekohled s průměrem 16 m.

jméno (povinné)

e-mail (nebude zveřejněn) (povinné)

web