Явления интерференции, дифракции и дисперсии в оптике

Важными и интересными оптическими явлениями, имеющими разнообразные проявления в природе, являются интерференция, дифракция и дисперсия света.

Поскольку на вступительных экзаменах в технические университеты этим темам в силу их сложности уделяется мало внимания (вопросы требуют скорее ответа описательного характера), мы остановимся кратко только на характеристике упомянутых явлений, отсылая за деталями к рекомендованной литературе.

При сложении в пространстве двух (или нескольких) волн может наблюдаться явление интерференции, при котором в отдельных его точках наблюдается усиление или ослабление амплитуды суммарных колебаний. При интерференции волн работает принцип суперпозиции, то есть результирующее колебание в каждой точке является геометрической суммой отдельных колебаний, вызванных каждой из складывающихся волн. Интерференция волн наблюдается, если они ¾ когерентны (разность их фаз постоянна во времени). Распространенным примером является: интерференция встречных одинаковых волн, приводящая к образованию стоячей волны (колебания струны, закрепленной с двух концов) или интерференция света в тонких пленках, голография.

Другое важное свойство волн ¾ дифракция, то есть отклонение при их распространении от законов геометрической оптики (смотрите принцип Гюйгенса-Френеля). Типичным знакомым примером служит дифракционная решетка. Когда через нее пропускают белый свет (постоянная решетки сравнима с длиной волны), то различные его составляющие отклоняются под разными углами (сильнее всего длинноволновое излучение) и образуют красивый радужный спектр. Во многом из-за дифракции мы слышим звуки в городе имеющем много препятствий.

Еще одной, знакомой нам особенностью волн является дисперсия ¾ зависимость фазовой скорости v_ф гармонической волны от ее частоты. Дисперсия волн в основном вызвана их взаимодействием с колеблющимися частицами среды и не наблюдается, например, при распространении электромагнитных волн в вакууме. Типичным проявлением дисперсии является радуга (преломление солнечного света в капельках дождя) или разложение в спектр пучка белого света при его прохождении сквозь стеклянную призму (опыт И. Ньютона, рис. 10.9). Дисперсия в данном случае объясняется зависимостью показателя преломления света n от частоты, так как n = с/v_ф, а v_ф = f(v). Чем больше дисперсия, тем заметней игра цветов ¾ «огонь», составляющий главную прелесть многих драгоценных камней.

Рис. 10.9