Двухлучевая интерференция.

Свет представляет собой электромагнитную волну. В большинстве случаев физическое воздействие света на вещество связано с электрическим полем этой волны. Интерференция света – перераспределение энергии светового излучения в пространстве при наложении двух или нескольких когерентных световых волн, приводящее к возникновению максимумов и минимумов интенсивности в различных точках пространства. Объяснение интерференции света как типично волнового явления было дано Т. Юнгом и О. Френелем в начале 19 века.

Когерентныминазываются волны, у которых разность фаз не изменяется с течением времени. Когерентные волны имеют одинаковую частоту и, кроме того, колебания векторов напряженности электрического поля складываемых световых волн и должны происходить вдоль одного направления (т.е. они должны обладать одинаковой поляризацией).

Рассмотрим процесс сложения таких волн в некоторой точке пространства. В этом случае значения напряженностей E1 и E2 можно представить в виде:

где Еm1 и Еm2 – амплитуды волн, α1 и α2 – начальные фазы. Амплитуду результирующего колебания E(t) можно найти с помощью метода векторных диаграмм (рис. 1):

(1)

где δ - разность фаз (δ = α2 - α1).

 

Рис.1.

 

Так как частота световых колебаний очень велика (~1014с-1), непосредственное измерение напряженности электрического поля световой волны в какой-либо момент времени является невозможным. Поэтому на практике определяют не напряженность, а интенсивность световой волны I, которая представляет собой усредненное по времени значение плотности потока энергии. При этом интенсивность световой волны пропорциональна квадрату амплитуды напряженности электрического поля, т.е. I ~ Em2. Промежуток времени, в течение которого происходит усреднение, Dtin называют временем усреднения или интегрирования. Например, для глаза человека Dtin ~ 0,1 с, для наиболее быстродействующих приёмников оптического излучения Dtin ~ 10-10с.

При наложении когерентных волн в какой-либо точке пространства интенсивность результирующей световой волны в соответствии с формулой (1) имеет вид:

,

где Ι1и Ι2 – интенсивности первой и второй волн (Ι1 ~ Em12, Ι2 ~ Em22).

В случае когерентных волн разность фаз δ в рассматриваемой точке пространства не изменяется с течением времени. В точках пространства, для которых , наблюдаются максимумы. Для этих точек разность фаз принимает значение

,

где m = 0, 1, 2, 3, …. Величину m называют порядок максимума. Если же для точек пространства справедливо условие , то в них располагаются минимумы. В этом случае

В случае сложения когерентных волн положение минимумов и максимумов в пространстве не изменяется с течением времени, т.е. наблюдается стационарная интерференционная картина.

Если же накладываются две некогерентные волны (например, от двух лампочек), положение максимумов и минимумов в пространстве чрезвычайно быстро изменяется с течением времени, и мы наблюдаем некоторую усредненную картину. Для любой точки пространства величина , входящая в (1), за время Dtin многократно принимает с равной вероятностью как положительные, так и отрицательные значения. Поэтому среднее значение за время Dtin равно нулю, и из формулы (1) следует закон сложения интенсивностей некогерентных волн:

 








Дата добавления: 2015-01-19; просмотров: 2985;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.005 сек.