Интерференция света

Монохроматические световые волны - это неограниченные в пространстве волны одинаковой частоты.

Монохроматические волны когерентны(т.е. разность их фаз величина постоянная).

В общем случае два независимых источника света испускают некогерентные волны (исключение – лазеры).

Для получения когерентных световых волн применяют метод разделения волны, излучаемой одним источником, на две части.

В опытах Юнга источником света служила освещенная щель S, от которой световая волна частоты w_o падала на две узкие равноудаленные щели S₁ и S₂.

Эти щели играют роль когерентных источников (расстояние между ними равно d).

Интерференционная картина наблюдается на экране, расположенным на расстоянии b.

Две монохроматические световые волны накладываются друг на друга в точке В.

Свет проходит до точки В пути s₁ и s₂, причем Δ = s₁ – s₂.

Если Δ = ±mλ_o, (14)

то в точке В наблюдается интерференционный максимум

А=А₁+А₂. (15)

Если , (16)

то в точке В наблюдается интерференционный минимум

A=|A₁-A₂|. (17)

(m = 0,1,2,...).

В любой точке, лежащей на расстоянии х от точки 0, расположенно на экране симметрично относительно щелей, будет наблюдаться максимумы интенсивности, если

(m = 0,1,2,...), (18)

и будут наблюдаться минимумы интенсивности, если

(m = 0,1,2,...). (19)

Таким образом, интерференционная картина представляет собой чередование светлых и темных полос, параллельных друг другу.

Главный максимум (он соответствует m = 0) проходит через точку 0.

Справа и слева от него на равных расстояниях друг от друга располагаются максимумы (минимумы) первого (m=1),второго (m=2) порядков и т.д.

Интенсивности светлых полос уменьшаются по мере удаления от главного максимума.

Величина m = 0,1,2,... называетсяпорядком интерференции.

Расстояние между соседними максимумами (или минимумами)

(20)

называется шириной интерференционной полосы.

По измеренным значениям b, d и Dx можно экспериментально определить длину волны света.

Описанная картина соответствует освещению щелей монохроматическим светом.

Если используется белый свет, который представляет собой непрерывный набор длин волн от l = 0.39 мкм (фиолетовая граница спектра) до l = 0.75 мкм (красная граница спектра), то интерференционные максимумы для каждой длины волны будут смещены относительно друг друга и они имеют вид радужных полос, расположенных симметрично относительно белой полосы в центре экрана (для m = 0 максимумы для всех длин волн совпадают и поэтому главный максимум имеет белый цвет), причем ближе к белой полосе будет находится зона фиолетового цвета.

Явление интерференции ответственно за радужное окрашивание тонких пленок (масляные пленки на воде, оксидные пленки на металлах): в этом случае происходит интерференция света, отраженного двумя поверхностями пленки.

Дифракция света

Дифракцией называется огибание волнами препятствий, встречающихся на их пути, или, в более широком смысле, - любое отклонение распространения волн вблизи препятствий от законов геометрической оптики.

Благодаря дифракции волны могут попадать в область геометрической тени, огибать препятствия, проникать через небольшие отверстия в экранах и т.д.

Явление дифракции объясняется с помощью принципа Гюйгенса-Френеля: световая волна, возбуждаемая источником S, может быть представлена как результат суперпозиции когерентных вторичных волн, излучаемых фиктивными источниками, расположенными на волновой поверхности Ф.