Реферат: Интерференция света 3

. (9)
В большинстве случаев , поэтому , т.е.

(10)

Подстановка значения D в условие (4) дает, что максимумы интенсивности будут наблюдаться при значениях

. (11)
Здесь – длина волны в среде.

Подставив (10) в условие (5), получим координаты минимумов интенсивности

. (12)

Расстояние между двумя соседними максимумами называется расстоянием между интерференционными полосами , а расстояние между соседними минимумами –шириной интерференционной полосы . Из (11) и (12) следует, что эти расстояния имеют одинаковое значение

. (13)

Интерференция двух плоских волн. Пусть происходит наложение двух плоских волн, амплитуды которых одинаковы, а направления их распространения образуют угол 2j (рис.). Направления колебаний светового вектора будем считать перпендикулярными к плоскости рисунка. Волновые векторы и лежат в плоскости рисунка и имеют одинаковый модуль, равный . Уравнения волн имеют вид

,

,
а результирующие колебания –

.

Из последнего выражения следует, что в точках, где (), амплитуда колебаний равна 2A ; в точках, где , амплитуда колебаний равна нулю. Где бы ни располагался экран, перпендикулярный к оси y , на нем будет наблюдаться система чередующихся светлых и темных полос, параллельных оси z . Координаты максимумов интенсивности

. (14)

Пространственная когерентность. Во всех практических интерференционных схемах большое значение имеют размеры источника света. Если размеры источника значительно меньше длины световой волны то, конечно, всегда получается резкая интерференционная картина (при выполнении условия временной когерентности), ибо оптическая разность пути до какой-либо точки интерференционного поля для всего источника будет одна и та же. Однако на практике размеры источников света обычно значительно превосходят длину световой волны. Каждая точка источника создает свою интерференционную картину. Результирующая картина получается наложением картин всех элементов протяженного источника, излучение которых считаем некогерентными между собой. Эти картины не совпадают друг с другом так, что результирующая картина окажется более или менее размытой и при значительной ширине источника перестанет наблюдаться.

Влияние размеров источника на резкость интерференционной картины можно выразить количественно, исходя из общей интерференционной схемы (рис.). Пусть AB – протяженный источник ширины b . Рассмотрим результирующую интерферен­ционную картину в окрестности некоторой точки экрана. Максимумы, получаемые от разных точек источника, будут смещены относительно друг друга. Если максимумы от точки B совпадают с максимумами от точки A так, что их порядок интерференции отличается на единицу то, результирующая интерференционная картина будет смазанной и интерференция не наблюдается (рис.). Для того чтобы интерференция была возможна, размер источника света не должен превышать некоторой величины. Эту величину определим из условия совпадения максимума (m +1)–го порядка, получаемого от точки A , с максимумом m –го порядка, получаемым от точки B . Отличие оптических разностей хода точек A и B составляет, очевидно, . Используя (10), получаем соотношение

,
где l – расстояние между источником света и щелями. Определяя угловой размер источника и используя связь длин волн в вакууме и среде , получаем условие

. (15)

Формула (15) определяет угловые размеры источника, при которых наблюдается интерференция. Пусть теперь зафиксированы угловые размеры источника света. Тогда расстояние между щелями, при котором можно еще наблюдать интерференцию от источника с угловым размером j должно удовлетворять, согласно (15), условию

. (16)

В соответствии с принципом Гюйгенса, реальный источник света в данной схеме можно заменить псевдоисточниками, расположенными на месте щелей. Отсутствие интерференционной картины означает, что волновые колебания этих источников некогерентны. Введем расстояние , при смещении на которое в направлении, поперечном распространению света, волновые колебания становятся некогерентными. Колебания в двух точках, отстоящих друг от друга на расстояние , будут частично когерентными. Расстояние называется радиусом когерентности . Из (16) следует

.

Угловой размер Солнца составляет около 0,01 рад, длина световых волн ~0,5 мкм. Следовательно, радиус когерентности приходящих от Солнца световых волн имеет значение мм. При использовании Солнца в качестве источника света щели следует располагать на расстоянии, меньшем 0,05 мм, а для наблюдения отчетливых интерференционных полос нужно брать d ~ 0,02 мм. Юнг получил интерференцию в 1802 г. от двух щелей, увеличив пространственную когерентность падающего на щели света. Такое увеличение Юнг осуществил, пропустив предварительно свет через небольшое отверстие в непрозрачном экране.

Излучение лазера, по сравнению с естественным светом, обладает огромной временной и пространственной когерентностью. Временная когерентность имеет значение порядка 10^–5 с (гелий-неоновый лазер) а пространственная когерентность наблюдается во всем поперечном сечении светового пучка.

Методы наблюдения интерференции света.

1. Метод Юнга. Источником сета служит ярко освещенная щель S (рис), от которой световая волна падает на две узкие равноудаленные щели и , параллельные щели S . Таким образом, щели играют роль когерентных источников. Интерференционная картина наблюдается на экране (Э ), расположенном на некотором расстоянии от щелей и . В такой постановке Юнг осуществил первое наблюдение интерференции.

2. Зеркала Френеля. Два плоских зеркала (рис.), расположены относительно друг друга под небольшим углом (). На расстоянии r от линии пересечения зеркал параллельно ей находится прямолинейный источник света S . Световые пучки, отразившись от зеркал, являются мнимыми изображениями S в зеркалах. Мнимые источники и взаимно когерентны, и их световые пучки интерферируют в области взаимного перекрытия. От прямого попадания света на экран предохраняет заслонка.

Бипризма Френеля. Она состоит из двух одинаковых с общей гранью призм с малыми преломляющими углами (рис.). Свет от прямолинейного источника S преломляется в обеих призмах, в результате чего образуются две когерентные цилиндрические волны, исходящих из мнимых источников и . На поверхности экрана в некоторой его части происходит наложение этих волн и наблюдается интерференция.