Осуществление когерентных волн в оптике

Опыт показывает, что когда два независимых источника света, например две свечи, или даже два различных участка одного и того же светящегося тела посылают световые волны в одну область пространства, то мы не наблюдаем интерференции и констатируем сложение интенсивностей. После изложенного в предыдущих параграфах мы не можем, конечно, считать результаты такого опыта доказательством несостоятельности волновых представлений о свете. Отсутствие устойчивой (наблюдаемой) интерференционной картины может обозначать только, что наши источники не посылают когерентных волн. Это означает, следовательно, что посылаемые источниками волны — немонохроматические. То обстоятельство, что даже с наилучшими в смысле монохроматичности источниками (свечение разреженных газов) мы не можем получить интерференции от независимых источников, есть доказательство того, что ни один источник не излучает строго монохроматического света. Сказанное относится ко всем нелазерным источникам света.

Однако высокая монохроматичность лазерного излучения допускает наблюдение интерференции световых пучков, излучаемых двумя разными лазерами.

Нетрудно понять физическую причину немонохроматичности реального нелазерного излучения, а следовательно, и некогерентности волн, испускаемых двумя независимыми источниками света. Действительно, испускание света происходит вследствие атомных процессов, и в двух самостоятельных источниках света мы будем иметь дело с излучением атомов, не связанных друг с другом. В каждом из таких атомов процесс излучения длится очень короткое время, обрываясь вследствие потери энергии в результате излучения или помех и взаимодействий с окружающими атомами. Даже в наиболее благоприятных случаях, когда мешающее действие окружающих атомов сведено к минимуму (свечение сильно разреженных газов), длительность «правильного» излучения не превышает стомиллионных долей секунды. После прекращения свечения атом может вновь начать испускать световые волны, но, конечно, уже с новой начальной фазой. Поэтому разность фаз между излучениями двух таких независимых атомов будет изменяться при начале всякого нового акта испускания, т. е. через чрезвычайно короткие промежутки времени: такие источники излучают некогерентные волны, и мгновенные интерференционные картины, ими даваемые, сменяются настолько быстро и беспорядочно, что мы можем наблюдать только среднюю картину, т. с. равномерное распределение освещенности.

Итак, для получения двух когерентных волн излучение различных независимых атомов непригодно. Френель (1816 г.) показал, однако, что можно достигнуть цели, использовав излучение лишь одного атома (или тесно расположенной группы) для получения двух систем волн, которые, конечно, вследствие общности происхождения будут когерентными. Для этого необходимо испускаемое излучение расчленить на два потока (путем отражения или преломления) и заставить их встретиться после того, как они пройдут различные пути d₁ и d₂,. Таким образом, мы заставим встретиться волны, вышедшие из одного и того же источника (атома), но в разное время и притом с таким малым запозданием одной относительно другой что, когерентность будет иметь место (обе группы волн принадлежат к одному акту испускания атома).