дення когерентних хвиль, в результаті чого відбувається стійке просторове ослаблення або посилення інтенсивності світла залежно від фазових співвідношень між цими хвилями, називається інтерференцією. Інтерферувати можуть тільки когерентні хвилі. Когерентним називають такі хвилі, які мають однакові частоти (довжини хвиль) і постійну різницю фаз. Природні джерела світла випромінюють некогерентні хвилі. Для утворення когерентних хвиль різними методами поділяють хвилі, що йдуть від одного точкового джерела.
Перший експеримент по спостереженню інтерференції світла в лабораторних умовах належить І. Ньютону. Він спостерігав інтерференційну картину, що виникає при віддзеркаленні світла в тонкій повітряному прошарку між плоскою скляною пластиною і плосковипуклой лінзою великого радіуса кривизни (рис. 3.7.1). Інтерференційна картина мала вигляд концентричних кілець, що одержали назву кілець Ньютона (рис. 3.7.2).
Малюнок 3.7.1.Наблюденіе кілець Ньютона.
Інтерференція виникає при складанні хвиль, що відбилися від двох сторін повітряного прошарку. «Промені» 1 і 2 - напрямку поширення хвиль; h - товщина повітряного зазору
Малюнок 3.7.2.Кольца Ньютона в зеленому і червоному світлі.
Ньютон не зміг з погляду нової теорії пояснити, чому виникають кільця, однак він розумів, що це пов'язано з якоюсь періодичністю світлових процесів.
Першим інтерференційним досвідом, який отримав пояснення на основі хвильової теорії світла, з'явився досвід Юнга (1802 г.). У досліді Юнга світло від джерела, в якості якого служила вузька щілина S, падав на екран з двома близько розташованими щілинами S1 і S2 (рис. 3.7.3). Проходячи через кожну з щілин, світловий пучок уширяется внаслідок дифракції, тому на білому екрані Е світлові пучки, що пройшли через щілини S1 і S2, перекривалися. В області перекриття світлових пучків спостерігалася інтерференційна картина у вигляді чергуються світлих і темних смуг.
Малюнок 3.7.3.Схема інтерференційного досвіду Юнга.
Монохроматична (або синусоїдальна) хвиля, що розповсюджується в напрямку радіус-вектора, записується у вигляді
E=a cos (? t - kr),
де a - амплітуда хвилі, k=2?/?- Хвильове число,?- довжина хвилі, ? =2 ??- Кругова частота. В оптичних завданнях під E слід розуміти модуль вектора напруженості електричного поля хвилі. При складанні двох хвиль у точці P результуюче коливання також відбувається на частоті? і має деяку амплітуду A і фазу?:
E=a1 · cos (? t - kr1) + a2 · cos (? t - kr2)=A · cos (? t -?).
Фізичну величину, рівну квадрату амплітуди електричного поля хвилі, прийнято називати інтенсивністю: I=A2.
Нескладні тригонометричні перетворення призводять до наступного виразу для інтенсивності результуючого коливання в точці P:
(*)
де? =R2 - r1 - так звана різниця ходу.
З цього виразу випливає, що інтерференційний максимум (світла смуга) досягається в тих точках простору, в яких? =M? (m=0, ± 1, ± 2, ...). При цьому Imax=(a1 + a2) 2 gt; I1 + I2. Інтерференційний мінімум (темна смуга) досягається при? =M? +?/2. Мінімальне значення інтенсивності Imin=(a1 - a2) 2 lt; I1 + I2. На рис. 3.7.4 показано розподіл інтенсивності світла в інтерференційної картині в залежності від різниці ходу?.
Малюнок 3.7.4.Распределеніе інтенсивності в інтерференційної картині.
Ціле число m - порядок інтерференційного максимуму
Зокрема, якщо I1=I2=I0, т. е. інтенсивності обох интерферирующих хвиль однакові, вираз (*) набуває вигляду:
I=2I0 (1 + cos k?). (**)
У цьому випадку Imax=4I0, Imin=0.
Формули (*) і (**) є універсальними. Вони застосовні до будь-інтерференційної схемою, в якій відбувається складання двох монохроматичних хвиль однієї і тієї ж частоти.
Якщо в схемі Юнга через y позначити зміщення точки спостереження від площини симетрії, то для випадку, коли d lt; lt; L і y lt; lt; L (в оптичних експериментах ці умови зазвичай виконуються), можна наближено отримати:
При зсуві вздовж координатної осі y на відстань, рівну ширині інтерференційної смуги? l, т. е. при зміщенні з одного інтерференційного максимуму в сусідній, різниця ходу? змінюється на одну довжину хвилі?. Отже,
де?- Кут сходження «променів» в точці спостереження P.
В експеримен...
