Теоретическое вве­де­ние. Изучение интерференции света с помощью бипризмы Френеля

Изучение интерференции света с помощью бипризмы Френеля

Цель работы: Наблюдение интерференционной картины, определение размера интерференционной полосы и параметра бипризмы Френеля – преломляющего угла бипризмы.

Теоретическое вве­де­ние

Интерференция волн – пространственное перераспре­деление энергии волн, котороепроисходит при наложении двух или нескольких когерентных волн. Волны когерентны, если их фазы согласованы (разность фаз остаётся постоянной во времени). Когерентность – согласованное про­текание нескольких колебательных или волновых процессов. Интерференция возможна для волн любой природы.

Интенсивность электромагнитной волны про­порциональна амплитуде колебаний вектора напряженности электромаг­нитного поля:

I~ . (1.1)

Рассмотрим две электромагнитные волны одинаковой частоты, которые накладываются друг на друга и возбуждают в некоторой точке про­странства два колебания одинакового направления:

, ,

где φ₁ и φ₂ определяются начальными фазами колебаний и расстояниями, пройденными волнами до точки на­ложения, но не зависят от времени. Амплитуда Е₀ результирующего коле­бания зависит от раз­ности фаз складываемых колебаний в данной точке. Для волн одинаковой частоты разность фаз колебаний не изменяется во вре­мени и равна φ₁–φ₂=const, то есть волны когерентны. При этом результирующая амплитуда Е₀ также остается постоянной во времени:

. (1.2)

Для когерентных волн имеет постоянное во времени значение (но свое для каж­дой точки пространства), так что ре­зультирующая интенсивность света, как следует из (1.1) и (1.2), равна

. (1.3)

Таким образом, при наложении когерентных световых волн происходит перераспределение светового потока в пространстве, в ре­зультате чего в одних местах возника­ют максимумы (если ), а в других – миниму­мы интенсивности (если ). Отсюда получаем условия максимума и минимума при интерференции: если сдвиг фаз волн в данной точке пространства

; (m=0, 1, 2, …), (1.4)

то наблюдается интерференционный максимум; если

; (m=1, 2, 3, …), (1.5)

то наблюдается минимум.

Если накладываются некогерент­ные волны, то в данной точке про­странства складываются колебания, разность фаз которых не постоянна во времени и, вообще говоря, принима­ет случайные значения. Поскольку в этом случае среднее значение , то наблюдаемая интенсивность света во всех точках пространства представляется просто суммой интенсивностей двух волн: (1.3). Та­ким образом, необходимым условием наблюдения интерференции волн явля­ется их когерентность.