Интерференция световых волн

Интерференцией называется явление перераспределения энергии в пространстве при наложении когерентных волн.

Когерентными называются волны одного направления, с одинаковыми плоскостями колебаний светового вектора, одинаковой частотой и с постоянной во времени разностью фаз.

Когерентные волны можно получить, разделяя одну световую волну на две с помощью отражения и преломления света.

Условия наблюдения максимумов и минимумов интерференции определяются разностью фаз складываемых колебаний.

(46)

Разность фаз интерферирующих волн связана с оптической разностью хода

D = l₂ – l₁ ,

где l – оптическая дина пути световой волны. При этом l = S×n, где S – геометрическая длина пути световой волны в однородной среде с показателем преломления n. Кроме того, при нахождении l надо учитывать, что при отражении от оптически более плотной среды световая волна меняет фазу на p. В этом случае к оптической длине пути надо прибавить (или отнять) l₀/2.

Связь разности фаз с оптической разностью хода дает общие условия наблюдения интерференционных максимумов и минимумов:

(47)

Рис. 6

Рассмотрим основные случаи интерференции

1. Интерференция наблюдается на экране, расположенном параллельно двум когерентным источникам в виде щелей (опыт Юнга, зеркала Френеля, бипризма Френеля) (Рис. 6).

L – расстояние от экрана до источников, отстоящих друг от друга на расстоянии d (d << L);

x – расстояние от центра интерференционной картины до k-ой интерференционной полосы.

Тогда (48)

2. Интерференция при отражении от тонких пленок. При падении света на тонкую пленку происходит отражение от обеих поверхностей пластинки. В результате возникают когерентные волны 1 и 2, которые могут интерферировать (рис. 7). При этом

, (49)

где d – толщина пленки, n – показатель преломления, a – угол падения, l₀/2 – добавочная разность хода, учитывающая смену фазы на p при отражении 1-й волны от более плотной среды (пленки).

Рис. 8

3. Кольца Ньютона – пример полос равной толщины, наблюдаемых при отражении света от соприкасающихся друг с другом плоскопараллельной стеклянной пластинки и плосковыпуклой линзы с большим радиусом кривизны (рис. 8).

Тогда радиусы темных колец Ньютона в отраженном свете , (50) а радиусы светлых колец Ньютона в отраженном свете

. (51)

Здесь R – радиус кривизны линзы, n – показатель преломления вещества между линзой и пластинкой.