Wie werden Dünnfilm-Interferenzmuster beobachtet?

Ich tue mich schwer, Optik zu studieren. Meine Hauptschwierigkeit ist, wie Bilder entstehen.

In Pedrottis Einführung in die Optik zeigt er ein Diagramm dieses Experiments:

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Laut Diagramm sind hier alle Lichtstrahlen parallel. Ich glaube, ich verstehe das Interferenzphänomen, das hier vor sich geht, aber ich verstehe nicht, wie dieses Phänomen beobachtet wird. Das Diagramm zeigt ein Mikroskop, das all diese parallelen Lichtstrahlen sammelt. Soweit ich weiß, treten diese Lichtstrahlen auf der anderen Seite des Mikroskops parallel zueinander aus. Ein Auge würde diese parallelen Strahlen auf einen einzigen Punkt auf seiner Netzhaut fokussieren. Das bedeutet, dass der Beobachter einen Lichtpunkt sieht und die Möglichkeit auslässt, das Interferenzmuster zu beobachten.

Ich kann mir vorstellen, dass das Muster sichtbar wird, wenn Sie anstelle des Mikroskops eine undurchsichtige Oberfläche einsetzen, aber es wird nirgendwo erwähnt, wie die Interferenzmuster mit einem Mikroskop abgebildet wurden.

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Laut Farchers Antwort muss der virtuelle Spiegel geneigt werden, um das Interferenzmuster zu erhalten, das später im Buch zu sehen ist (unter Verwendung des Aufbaus im Diagramm). Ich zeichnete ein Diagramm, das dem Weg einiger Lichtstrahlen folgt, die von einer einzelnen Lichtquelle S kommen, und folgerte, dass die Strahlen nach der Teilung an einem Punkt X aufgefangen werden. Wenn der einfallende Lichtstrahl rechts von der Quelle zeigt, befindet sich X über M. , andernfalls ist es unten.

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Farcher stellte jedoch auch fest, dass es mehrere Lichtquellen gibt. Also beschloss ich, die Ausbreitung von Licht aus mehreren Quellen mit dem Geometriemodul von numpy zu simulieren. Das Ergebnis war diese Grafik

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Die Punkte auf der Linie y = 10 sind ein Muster des Satzes von Lichtquellen. Die geneigte Linie ist der virtuelle Spiegel M'. Jede Lichtquelle zeichnet eine gekrümmte Linie nach der in meinem Diagramm dargestellten Methode. Hier ist eine gekrümmte Linie die Menge aller X, die eine bestimmte Lichtquelle „erzeugt“.

Nach meinem Verständnis fungieren diese Punkte als Objekte, das Mikroskop nimmt ihre Strahlen auf und fokussiert sie, wodurch ein echtes Bild entsteht, in dem erneut Interferenzen auftreten.

Ich kann immer noch nicht den Zusammenhang zwischen all dem und dem Interferenzmuster herstellen, das Farcher in seiner Antwort gezeigt hat.

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Das Diagramm im Buch ist ein Schema, das die allgemeinen Wege der Strahlen zeigt.
Das nächste Foto im Buch illustriert die Art von Fransen, die bei einer solchen Anordnung mit beobachtet werden können.

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Solche Bilder werden als Keilstreifen bezeichnet und entstehen, wenn das virtuelle Spiegelbild entsteht M im beschrifteten Diagramm M ' ist nicht parallel zu den Oberflächen von F Und S im Diagramm.

So könnte ein Schnitt mit stark übertriebenem Neigungswinkel aussehen.
(Beachten Sie, dass es in Ihrem Lehrbuch viele bessere Diagramme gibt.)

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Die beobachteten Streifen sind Streifen gleicher Dicke dazwischen M ' und die Spitze von F oder S .
Sie entsprechen Höhenlinien.

Eingehender Strahl C A wird "teilweise" reflektiert M ' bei A als Strahl D A .
Dieser Strahl C A auch weiterhin an der Spitze getroffen F / S bei B wo es als Strahl zurückgeworfen wird B C .

Strahlen A D Und B C werden dann von der Objektivlinse des Mikroskops gesammelt.
Was aus meinem Diagramm ersichtlich ist, ist, dass diese beiden Strahlen, A D Und B C , sind nicht parallel, und um eine Interferenz zu erzeugen, müssen diese beiden Strahlen zur Überlappung gebracht werden, was der Zweck der optischen Anordnung des Mikroskops ist.
Im Prinzip kann das Auge diese Überlappung durchführen, aber der Vorteil des Mikroskops besteht darin, dass es auch das Bild der Streifen vergrößert, deren Abstand gering ist.

Um die Streifen zu beobachten, wird das Mikroskop in der Nähe fokussiert A und das Okular des Mikroskops bildet ein "endgültiges" Bild im Unendlichen.
Es wird gesagt, dass die Streifen im Bereich des Keils lokalisiert sind, dh in diesem Bereich, wo ein Erfassungsinstrument, ein Mikroskop, ein Auge usw. fokussiert werden muss, um die Streifen zu beobachten.
Das aus dem Okular austretende Licht kann entweder in die Linse einer Kamera eintreten, wo das einfallende Licht auf dem lichtempfindlichen Detektor fokussiert wird, um ein reelles Bild der Streifen zu erzeugen, oder das Licht könnte in das Auge eintreten und ein reelles Bild auf der Netzhaut erzeugen das Auge.

Wenn Sie Keilstreifen und Newtonsche Ringe untersucht haben, wird das Mikroskop, mit dem die Streifen beobachtet werden, ebenfalls auf den Bereich des Keils fokussiert.

Diese Antwort ist sehr hilfreich. Ist es in Ihrem Diagramm richtig, sich Punkt A als analog zu einer Lichtquelle vorzustellen? In meinem Kopf „sendet“ er zwar nur zwei Strahlen, diese werden aber später auf einen Bildpunkt fokussiert, als wäre Punkt A ein Objekt.
@PhysicsIsBeauty Der Übersichtlichkeit halber habe ich nur zwei Strahlen gezeichnet. In Wirklichkeit gibt es überall Strahlen, wie Ihr Diagramm zeigt, und die Strahlen bewegen sich in viele Richtungen. A liegt in dem Bereich, aus dem die Wellen stammen, die das Interferenzmuster bilden.
Das verkompliziert die Sache wirklich für mich. Ich habe versucht, einige Diagramme zu zeichnen, den CA-Strahl so verschoben, dass er in einem anderen Winkel (näher an M') einfällt. Was ich sehe, ist ein neuer Punkt B' auf F / S, an dem der neue Strahl reflektiert wird, der nicht parallel ist zu seiner Reflexion bei M'. Das ist ziemlich verwirrend, da ich nicht sagen kann, welche Strahlen das Mikroskop am Ende entscheidet, auf einen bestimmten Punkt zu fokussieren, und wo dieser Punkt sein sollte.
Ich habe versucht, dieses Diagramm am Ende Ihrer Antwort zu reproduzieren. Ich habe mehrere Strahlen gezeichnet, die von einer einzigen Punktquelle stammen. Jeder Strahl scheint auf einen Punkt X abgebildet zu sein, wobei eine Fläche gezeichnet wird, die M' kreuzt. Mein Diagramm: imgur.com/gallery/SDCBzes - Andere Quellen zeichnen andere Oberflächen.
Ich formuliere meine Frage um. Das Mikroskop erzeugt ein reales Bild, also muss es eine Reihe von Punkten als Objekte behandeln. Wo sind diese Punkte? Und wie „erzeugt“ die gegebene Sammlung von Quellen diese Punkte?
Ihr Diagramm ist gut und diese Schnittpunkte sind die Stellen, auf die das Mikroskop fokussiert ist. An diesen Stellen überlappen sich die Lichtstrahlen, die unterschiedliche Entfernungen zurückgelegt haben - interferieren. Beachten Sie jedoch, dass keine Punktquelle verwendet wird – die Quelle wird erweitert.
Bei diesem Licht habe ich die Ausbreitung der Lichtstrahlen mit sympy simuliert: imgur.com/a/fOeUdGN - Die Punkte sind Punktquellen und die gekrümmten Linien die Oberflächen, die ihre jeweiligen Strahlen zeichnen (die X). Ich sehe eine Reihe von Oberflächen, die aufeinander gestapelt sind. Ich weiß nicht, was ich davon halten soll.

Bilder sagen mehr als tausend Worte:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Übrigens repräsentieren verschiedene Farben hier NICHT unterschiedliche Wellenlängen - nur unterschiedliche Lichtstrahlen.

Wie würden Sie sich den realistischeren Fall einer diffusen Lichtquelle vorstellen? Das heißt, jeder Punkt am Ende von LP fungiert als Quelle, von der Strahlen in alle zulässigen Richtungen emittiert werden.
Wie werden Dünnfilm-Interferenzmuster beobachtet?
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