Интерференция света

Интерференция — взаимное усиление или ослабление двух или большего числа волн при их наложении друг на друга.

В результате интерференции происходит перерас­пределение энергии светового излучения в пространстве. Устойчивая (стационарная, постоянная во времени) интер­ференционная картина наблюдается при сложении коге­рентных волн.

Латинское слово «cohaerens» означает «находя­щийся в связи». И в пол­ном соответствии с этим значением под когерент­ностью понимают корре­лированное протекание во времени и простран­стве нескольких волно­вых процессов.

Требование когерентности волн — ключе­вое при рассмотрении интерференции. Разберем его на примере сложения двух волн одинаковой частоты. Пусть в некоторой точке пространства они возбуждают одинаково направленные (E̅₁ ↑↑ E̅₂) колебания: E̅₁sin(ω̅t + φ₁­) и E̅₂sin(ω̅t + φ₂­). Тогда величина амплитуды результирующе­го колебания E̅sin(ω̅t + φ) равна

E = √(E₁² + E₂² + 2E₁E₂cosδ),

где δ = φ₁ — φ₂. Если разность фаз δ постоянна во времени, то волны называются когерентными.

Для некогерентных волн δ случайным образом изменяется во времени, поэтому среднее значение cosδ равно нулю. Поскольку интенсив­ность волны пропорциональна квадрату амплитуды, то в случае сложения некогерентных волн интенсивность результирующей волны I просто равна сумме интенсивно­стей каждой из волн:

I = I₁ + I₂.

При сложении же коге­рентных волн интенсивность результирующего колебания

I = I₁ + I₂ + 2√(I₁I₂cosδ),

в зависимости от значения cosδ, мо­жет принимать значения и большие, и меньшие, чем I₁ + I₂. Так как значение δ в общем случае зависит от точки наблю­дения, то и интенсивность результирующей волны будет различной в разных точках. Именно это имелось в виду, ко­гда выше говорилось о перераспределении энергии в про­странстве при интерференции волн.

Плоская световая волна, падающая из воздуха на тонкую стеклянную пластину разделяется на две когерентные волны, которые собираются линзой на экране, расположенном в фискальной плоскости линзы. Если оптическая разность хода Δ = n(AB + BC) — AD + λ / 2 = mλ (m = 1, 2, 3 …), в точке наблюдается яркое пятно, если Δ = (2m + 1) λ / 2, то пятно кажется темным. В данном случае происходит деление амплитуды

Излучение с высокой степенью когерентности получают с помощью лазеров. Но если нет лазера, когерентные волны можно получить, разделив одну волну на несколько. Обыч­но используют два способа «деления» — деление волнового фронта и деление амплитуды. При делении волнового фронта интерферируют волновые пучки, первоначально распространявшиеся от одного источника в разных напра­влениях, которые затем с помощью оптических приборов сводят в одной области пространства (ее называют полем интерференции). Для этого используют бизеркала и би­призмы Френеля, билинзы Бийе и др.

Чтобы перечислить «цве­та» различных участков оптического диапазона в порядке убывания длины волны — красный, оран­жевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолето­вый, достаточно вспом­нить фразу: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан».

При амплитудном де­лении волна разделяется на полупрозрачной границе двух сред. Затем, в результате последующих отражений и прело­млений, разделенные части волны встречаются и интерфе­рируют. Именно так окрашиваются в разные цвета мыль­ные пузыри и тонкие масляные пленки на воде, крылья стрекозы и оксидные пленки на металлах и оконных стек­лах. Важно, что интерферировать должны дуги волн, испу­щенные в одном акте излучения атома или молекулы, т. е. части волны должны «недолго» двигаться раздельно, иначе в точку встречи уже придут волны, испущенные раз­ными атомами. А так как атомы излучают спонтанно (если не созданы специальные условия, как в лазерах), то эти вол­ны будут заведомо некогерентны. В лазерах работает вынужденное излучение и этим достигается высокая степень когерентности. Материал с сайта http://worldof.school

Явление интерференции света в XVII в. исследовал Ньютон. Он наблюдал ин­терференцию света в тон­ком воздушном зазоре между стеклянной плас­тинкой и положенной на нее линзой. Получающую­ся в таком опыте интерфе­ренционную картину так и называют — кольца Ньюто­на. Однако Ньютон не смог внятно объяснить по­явление колец в рамках своей корпускулярной те­ории света. Лишь в начале XIX столетия сначала Т. Юнг, а затем О. Френель сумели объяснить образо­вание интерференцион­ных картин. И тот, и дру­гой были сторонниками волновой теории света.

На этой странице материал по темам:

• Физика оптика кратко

• Шпаргалка по теме интерференция света

• Интерференция света конспект кратко

• Интерференция света конспект лекций

• Доклад по физике оптика