Interferência Óptica e suas Aplicações

Interferência Óptica e a superposição de duas ondas Experimento de Young Prof Jacson Weber de Menezes É o fenômeno que ocorre quando existe uma superposição de ondas de mesma frequência que mantém a relação de fase no espaço A superposição resulta em variações da intensidade da luz resultante chamadas de franjas de interferência Interferência Óptica Aplicações Natureza cor da borboleta bolha de sabão Segurança Filtros de interferência Fabricação de dispositivos gerados por interferômetros para aplicação em Sensores LEDs e células solares Filtros de polarização Grades de difração Etc Interferência na natureza A borboleta Bolha de sabão Selo de segurança Aplicações Fabricação de dispositivos Técnica de litografia Interferométrica Filtros de interferência É um filtro óptico que reflete uma ou mais bandas ou linhas espectrais e transmite as outras com absorção próxima de zero para todos os comprimentos de onda transmitidos de interesse Este pode ser filtro passa alta passa baixa passa faixa Basicamente o dispositivo consiste de múltiplas camadas de filmes dielétricos com diferentes índices de refração Aplicações Multiplexação utilizando filtros de interferência Aplicações A primeira pessoa a tratar a luz como onda foi o físico holandês Christian Huygens em 1678 Embora sua teoria seja muito menos completa que a teoria eletromagnética de Maxwell formulada mais tarde a teoria de Huygens permanece válida até hoje Princípio de Huygens Utiliza uma construção geométrica que permite prever onde estará uma dada frente de onda em qualquer instante futuro se conhecermos sua posição atual O princípio diz A frente de onda pode ser pensada como infinitas fontes pontuais secundárias A soma de todas estas fontes pontuais resulta na frente de onda que se propaga no espaço Depois de um intervalo de tempo delta t a nova posição da frente de onda é dada por uma superfície tangente a estas ondas secundárias Difração O princípio de Huygens nos leva ao conceito de difração Quando uma onda encontra um obstáculo que possui uma abertura da ordem do comprimento de onda da onda incidente a parte da onda que passa pela abertura se alarga difrata na região que fica do outro lado do obstáculo Este alargamento ocorre de acordo com o princípio de Huygens Para que ocorra interferência as seguintes condições devem ser satisfeitas 1 As fontes de luz devem ser coerentes Isto significa que a diferença de fase entre as ondas interferentes deve permanecer constante no tempo Ex Se a diferença de fase entre as ondas é pi esta não pode mudar com o tempo 2 A luz deve ser monocromática ou seja ter somente um comprimento de onda Luz não monocromática perde a relação de fase 1 O experimento de Young 1801 Os máximos de luz são chamados de franjas claras e correspondem a regiões de interferência construtiva Os mínimos de luz são chamados de franjas escuras e correspondem a regiões de interferência destrutiva Luz monocromática incidente é difratada pela fenda So furo em um anteparo O feixe difratado se comporta como uma fonte pontual Quando a luz chega ao anteparo B é difratada pelas fendas S1 e S2 As ondas transmitidas se interferem formando um padrão de máximos e mínimos de luz no anteparo C O conjunto total de franjas é chamado de franjas de interferência figura de interferência ou padrão de interferência Provou experimentalmente que a luz se comporta como onda O experimento permite ainda determinar o comprimento de onda da luz incidente Relembrando Física II Interferência construtiva Interferência destrutiva Caminhos que as ondas poderiam se combinar para gerar interferência construtiva e destrutiva Interferência construtiva a em P e b em P1 Interferência destrutiva em P2 Modelando o experimento de Young Determinação dos máximos e mínimos A intensidade de luz vai depender da diferença de fase entre as ondas interferentes que mudam em cada posição do anteparo O ângulo theta determina a diferença de fase entre as ondas interferentes Ex Suponha que o experimento de Young possua a seguinte configuração d015 mm D120cm lambda833nm e y 2cm a Qual a diferença de caminho entre as ondas em y b Expresse a diferença de caminho em termos de comprimentos de onda c O ponto P em y corresponde a um máximo um mínimo ou uma situação intermediária Franjas d sen m d sen m 12 Claras Escuras sen tan Para ângulos pequenos temos d m D ym d D m ym 2 1 Intensidade do padrão de interferência de dupla fenda Com as equações abaixo podese determinar a posição de máximos e mínimos mas como fica a distribuição de intensidade de luz Modelando o experimento de Young Determinação dos máximos e mínimos Intensidade do padrão de interferência de dupla fenda Para calcular a intensidade de luz sobre uma tela em um ponto P qualquer necessitase somar duas OEM com diferença de fase Intensidade do padrão de interferência de dupla fenda Exemplos 1 A intensidade em um certo ponto da tela em um experimento de dupla fenda é 64 do valor máximo a Qual a mínima diferença de fase em radianos entre as duas fontes que produz este resultado b Expresse essa diferença de fase como uma diferença de caminho em termos do comprimento de onda 4861 nm 2 Considere a seguinte situação D 120 cm d 025 cm λ 600 nm Calcule a distância y acima do máximo central para que a intensidade na tela seja 75 do máximo 3 Duas fendas são separadas por 018 mm Um padrão de intensidade é formado em uma tela que está a 80 cm das fendas utilizando λ 6563 nm Calcule a fração da intensidade máxima a uma distância de 06 cm acima do máximo central 4 Duas fendas separadas por 085 mm são iluminadas por λ 600 nm O padrão se forma a 28 m das fendas a Qual a diferença de fase entre as duas ondas interferentes em um ponto a 25 mm do máximo central b Qual é a razão de intensidade neste ponto