Các vòng của Newton được quan sát qua kính hiển vi. Số gia nhỏ nhất trên thang xếp chồng là 100μm. Sự chiếu sáng là từ bên dưới, dẫn đến một vùng trung tâm sáng chói.

Thiết lập thử nghiệm: một thấu kính lồi được đặt trên đỉnh của một bề mặt phẳng.

Các vòng của Newton là một hiện tượng trong đó một kiểu giao thoa được tạo ra bởi sự phản xạ ánh sáng giữa hai bề mặt, một bề mặt hình cầu và một mặt phẳng chạm liền kề. Nó được đặt tên theo Isaac Newton, người đã điều tra hiệu ứng trong "Opticks" năm 1704 của mình. Khi được nhìn với ánh sáng đơn sắc, các vòng của Newton xuất hiện dưới dạng một loạt các vòng sáng và tối xen kẽ, tập trung tại điểm tiếp xúc giữa hai bề mặt. Khi nhìn bằng ánh sáng trắng, nó tạo thành một mô hình vòng tròn đồng tâm có màu cầu vồng, bởi vì các bước sóng ánh sáng khác nhau giao thoa ở các độ dày khác nhau của lớp không khí giữa các bề mặt.

Hiện tượng [ chỉnh sửa ]

Hiện tượng này được mô tả lần đầu tiên bởi Robert Hooke trong cuốn sách năm 1664 Micrographia mặc dù tên của nó bắt nguồn từ nhà vật lý Sir Isaac Newton, ai là người đầu tiên phân tích nó.

Cận cảnh một phần của kính trên cùng trên mặt phẳng quang học, cho thấy cách thức giao thoa hình thành. Tại các vị trí có chênh lệch độ dài đường truyền bằng bội số lẻ (2n + 1) của nửa bước sóng (a) sóng phản xạ củng cố, dẫn đến một điểm sáng. Tại các vị trí có chênh lệch độ dài đường dẫn bằng bội số chẵn (2n) của một nửa bước sóng (b) (Lambda bởi 2) sóng phản xạ hủy, dẫn đến một điểm tối. Điều này dẫn đến một mô hình các vòng sáng và tối đồng tâm, các vân giao thoa.

Các vòng của Newton nhìn thấy trong hai thấu kính phẳng lồi với bề mặt phẳng tiếp xúc. Một mặt hơi lồi, tạo các vòng. Trong ánh sáng trắng, các vòng có màu cầu vồng, vì các bước sóng khác nhau của mỗi màu giao thoa tại các vị trí khác nhau.

Hoa văn được tạo ra bằng cách đặt một kính cong rất lồi lên trên một mặt phẳng phẳng quang học. Hai mảnh kính chỉ tiếp xúc ở trung tâm, tại các điểm khác có một khe hở không khí nhỏ giữa hai bề mặt, tăng lên với khoảng cách xuyên tâm từ tâm. Biểu đồ bên phải cho thấy một phần nhỏ của hai mảnh, với khoảng cách tăng dần từ phải sang trái. Ánh sáng từ một nguồn đơn sắc (một màu) chiếu xuyên qua phần trên cùng và phản xạ từ cả bề mặt dưới cùng của phần trên cùng và bề mặt trên cùng của mặt phẳng quang học, và hai tia phản xạ kết hợp và chồng lên nhau. Tuy nhiên, tia phản xạ khỏi bề mặt đáy truyền đi một con đường dài hơn. Độ dài đường dẫn bổ sung bằng hai lần khoảng cách giữa các bề mặt. Ngoài ra, tia phản xạ từ mảnh kính dưới cùng trải qua quá trình đảo pha 180 °, trong khi sự phản xạ bên trong của tia khác từ mặt dưới của kính trên cùng không gây ra sự đảo pha. Độ sáng của ánh sáng phản xạ phụ thuộc vào độ chênh lệch độ dài đường đi của hai tia:

• Giao thoa cấu tạo (a) : Ở những khu vực có độ chênh lệch độ dài đường truyền giữa hai tia bằng một bội số lẻ của nửa bước sóng (/ 2) của sóng ánh sáng, sóng phản xạ sẽ cùng pha , do đó "máng" và "đỉnh" của sóng trùng nhau. Do đó, sóng sẽ củng cố (thêm) và cường độ ánh sáng phản xạ kết quả sẽ lớn hơn. Kết quả là, một vùng sáng sẽ được quan sát ở đó.
• Giao thoa triệt tiêu (b) : Tại các vị trí khác, trong đó độ chênh lệch độ dài đường truyền bằng một bội số của một nửa bước sóng, sóng phản xạ sẽ là 180 ° lệch pha, do đó, "máng" của một sóng trùng với "cực đại" của sóng kia. Do đó, sóng sẽ hủy (trừ) và cường độ ánh sáng thu được sẽ yếu hơn hoặc bằng không. Kết quả là, một vùng tối sẽ được quan sát ở đó. Do sự đảo ngược pha 180 ° do sự phản xạ của tia đáy, trung tâm nơi hai mảnh chạm nhau bị tối.

Sự giao thoa này dẫn đến một mô hình của các vạch hoặc dải sáng và tối gọi là các dải giao thoa " ] "Đang được quan sát trên bề mặt. Chúng tương tự như các đường đồng mức trên bản đồ, cho thấy sự khác biệt về độ dày của khe hở không khí. Khoảng cách giữa các bề mặt là không đổi dọc theo một rìa. Chênh lệch độ dài đường đi giữa hai rìa sáng hoặc tối liền kề là một bước sóng λ của ánh sáng, do đó, sự khác biệt về khoảng cách giữa các bề mặt là một nửa bước sóng. Vì bước sóng của ánh sáng rất nhỏ, kỹ thuật này có thể đo được sự khởi hành rất nhỏ từ độ phẳng. Ví dụ, bước sóng của ánh sáng đỏ là khoảng 700nm, vì vậy sử dụng ánh sáng đỏ, chênh lệch chiều cao giữa hai rìa là một nửa, hoặc 350nm, đường kính khoảng 1/100 của tóc người. Vì khoảng cách giữa các kính tăng dần từ tâm, các vân giao thoa tạo thành các vòng đồng tâm. Đối với các bề mặt kính không phải hình cầu, các rìa sẽ không phải là các vòng mà sẽ có các hình dạng khác.

Để chiếu sáng từ trên cao, với một trung tâm tối, bán kính của N ^{vòng sáng} được đưa ra bởi

r N = [ λ R ( N – 1 2 ]] 1 / 2 { displaystyle r_ {N} = left [lambda Rleft(N-{1 over 2}right)right] ^ {1/2},}

trong đó N là số vòng sáng, R là bán kính cong của thấu kính thủy tinh mà ánh sáng đi qua, và λ là bước sóng của ánh sáng .

Công thức trên cũng có thể áp dụng cho các vòng tối cho kiểu vòng thu được từ ánh sáng truyền qua.

Xem xét sự cố ánh sáng trên mặt phẳng của thấu kính lồi nằm trên bề mặt kính phẳng quang học bên dưới. Ánh sáng đi qua thấu kính thủy tinh cho đến khi đến ranh giới không khí thủy tinh, nơi ánh sáng truyền đi từ chỉ số khúc xạ cao hơn ( n ) đến giá trị thấp hơn n . Ánh sáng truyền qua ranh giới này không có sự thay đổi pha. Ánh sáng phản xạ (khoảng 4% tổng số) cũng không có sự thay đổi pha. Ánh sáng truyền vào không khí truyền đi một khoảng cách, t trước khi nó được phản xạ ở bề mặt phẳng bên dưới; sự phản xạ tại ranh giới thủy tinh không khí gây ra sự dịch pha nửa chu kỳ vì không khí có chiết suất thấp hơn thủy tinh. Ánh sáng phản xạ ở bề mặt thấp hơn trả lại khoảng cách (một lần nữa) t và truyền lại vào ống kính. Hai tia phản xạ sẽ giao thoa theo tổng thay đổi pha gây ra bởi độ dài đường dẫn thêm 2t và bởi sự thay đổi pha nửa chu kỳ gây ra trong phản xạ ở bề mặt dưới. Khi khoảng cách 2t nhỏ hơn một bước sóng, sóng sẽ giao thoa triệt tiêu, do đó vùng trung tâm của mẫu bị tối.

Một phân tích tương tự để chiếu sáng thiết bị từ bên dưới thay vì từ trên cho thấy rằng trong trường hợp đó, phần trung tâm của mẫu sáng, không tối. (So ​​sánh các hình ảnh ví dụ đã cho để thấy sự khác biệt này.)

Với khoảng cách xuyên tâm của vòng sáng, r và bán kính cong của ống kính, R khoảng cách không khí giữa các bề mặt kính, t được trao cho một xấp xỉ tốt bởi

t = r 2 2 R { displaystyle t = {r ^ {2} over 2R}}

trong đó hiệu ứng xem mẫu ở góc xiên với các tia tới bị bỏ qua.

Giao thoa màng mỏng [ chỉnh sửa ]

Hiện tượng các vòng của Newton được giải thích trên cơ sở giống như nhiễu màng mỏng, bao gồm các hiệu ứng như "cầu vồng" được thấy trong các màng mỏng dầu trên nước hoặc trong bong bóng xà phòng. Sự khác biệt là ở đây "màng mỏng" là một lớp không khí mỏng.

Đọc thêm [ chỉnh sửa ]

• Airy, G.B. (1833). "VI. Trên phnomena của các vòng Newton khi được hình thành giữa hai chất trong suốt có năng lượng khúc xạ khác nhau". Tạp chí triết học . Sê-ri 3. 2 (7): 20 Tắt30. doi: 10.1080 / 14786443308647959. ISSN 1941-5966.
• Illueca, C.; Vazquez, C.; Thoát vị, C.; Viqueira, V. (1998). "Việc sử dụng nhẫn của Newton để mô tả các thấu kính nhãn khoa". Nhãn khoa và nhãn khoa sinh lý . 18 (4): 360 Phù371. doi: 10.1046 / j.1475-1313.1998.00366.x. ISSN 0275-5408.
• Dobroiu, Adrian; Alexandrescu, Adrian; Tông đồ, Dân; Nascov, Victor; Damian, Victor S. (2000). "Phương pháp cải tiến để xử lý các mẫu rìa vòng của Newton". 4068 : 342 Từ347. doi: 10.1117 / 12.378693. ISSN 0277-786X.
• Tolansky, S. (2009). "XIV. Đóng góp mới cho giao thoa kế. Phần II Hiện tượng giao thoa mới với các vòng của Newton". Tạp chí và Tạp chí Khoa học Luân Đôn, Edinburgh, và Dublin . 35 (241): 120 Đỉnh136. doi: 10.1080 / 14786444408521466. ISSN 1941-5982.

Liên kết ngoài [ chỉnh sửa ]