Отже, інтенсивність світла внаслідок інтерференції світлових променів дорівнює нулю, якщо геометрична різниця ходу містить непарне число півхвиль

Якщо різниця ходу між двома хвилями дорівнює Δd = λ/2, 3 λ/2, 5 λ/2, …. (2k + 1) λ/2, то такі хвилі розповсюджуються у протифазі і в точці спостереження С вони компенсують одна – одну (Рис. 7).

Рис. 7. Інтерференція двох хвиль з різницею ходу Δd = (2k + 1) λ/2

Якщо різниця фаз хаотично змінюється з часом з дуже великою частотою порядку 1/t (де t – тривалість збудженого стану атома), то середнє значення за часом
cos (φ₁ - φ₂) дорівнюватиме нулю. Результуюча амплітуда двох коливань за цих умов буде:

(5.10)

Результуюча інтенсивність від двох таких джерел світла при цьому дорівнює сумі обох інтенсивностей, які дає кожне джерело (І = Е²). Внаслідок того, що спостерігач не може стежити за миттєвим станом інтерференційної картини, а положення максимумів і мінімумів швидко змінюється у просторі, він сприйматиме деяку середню освітленість без максимумів і мінімумів з інтенсивністю 2I₀.

Джерела світла, для яких різниця фаз хаотично змінюється з часом, не можуть давати інтерференції світла з послідовними чергуваннями максимумів і мінімумів освітленості. Їх називають некогерентними.

Будь-які незалежні джерела світла, наприклад звичайні освітлювальні лампи, є некогерентними джерелами світла: зі збільшенням їх кількості інтенсивність результуючого освітлення ніколи не зменшується. Отже, для некогерентних джерел світла інтенсивність результуючого світла дорівнює сумі інтенсивностей падаючого світла (I = I₁ + I₂)· Для когерентних джерел, як було показано вище, така рівність не справджується.

Розглянемо інтерференцію світла в тонких плівках на прикладі інтерференції в плоскопаралельній скляній пластинці завтовшки А. На пластинку під кутом і падає плоска монохроматична хвиля, фронт якої в деякий момент часу проходить по лінії AD (Рис. 8). Поки крайній промінь 1 пройде в пластинці шлях зі швидкістю υ = с/n (с – швидкість світла у вакуумі; n- показник заломлення скла), витративши на це час:

,

другий крайній промінь 2 пройде відстань DC зі швидкістю с, причому DC = cΔt. Знайдемо оптичну різницю ходу променів. Оскільки DC = ACsin(i) і
AC = 2h tg(r), то

Враховуючи, що:

,

дістанемо:

(5.11)

Рис 8. Відбивання двох когерентних променів (1, 2) від тонкої плівки

Слід урахувати, що інтерференційна картина визначається оптичною різницею ходу лише тоді, коли початкові фази коливань, які поширюються від кожного джерела, однакові. Для хвиль, що відбиваються, така вимога не завжди виконується. Так, якщо відбувається відбивання світла від оптично більш густого середовища (середовище називають оптично більш густим, якщо його показник заломлення має більше значення), то фаза коливань змінюється на протилежну. В цьому випадку таким середовищем є скло (скляна пластинка), показник заломлення якого більший за показник заломлення повітря. Тому при відбиванні світла від скла на межі повітря – скло фаза коливань змінюється на π. Така зміна фази еквівалентна тому, що шлях хвилі змінився на півхвилі. Задану зміну оптичної довжини шляху при відбиванні хвиль називають “втратою пів-хвилі при відбиванні від більш густого середовища”. З урахуванням цього

(5.12)

Якщо , де k = 0, 1, 2,..., то промені 1 і 2 гасять один одного і в напрямі СЕ відбите світло не спостерігається. Якщо ж , то інтерферуючі промені дають у напрямі відбитого променя СЕ максимум інтенсивності. Число k називають порядком максимуму або мінімуму в інтерференційній картині.

Якщо на однорідну (n – const) плоскопаралельну (h = const) пластинку падає пучок світла під сталим кутом і, то вся пластинка освітлюється однаково, оскільки оптична різниця ходу хвиль Δ залишається сталою. Проте якщо товщина пластинки h змінюється, наприклад пластинка клиноподібна, або на плоскопаралельну пластинку падає розбіжний пучок світла, то спостерігається чергування максимумів і мінімумів освітленості. В першому випадку інтерференційна картина називається смугами однакової товщини, в другому — смугами однакового нахилу.

І. Ньютон 1675 р. спостерігав інтерференцію від повітряного прошарку, що містився між плоскопаралельною скляною пластинкою і випуклою поверхнею об'єктива астрономічного рефрактора у відбитому світлі. Темна пляма в місці дотику плоского скла і об'єктива виявилась оточеною світлими і темними кільцями в монохроматичному світлі або кольоровими кільцями в білому. З віддаленням від центральної темної плями, тобто зі збільшенням товщини повітряного прошарку, кольорові смуги вужчають, а потім зовсім зникають. Інтерференційну картину, що спостерігається при цьому, називають кільцями Ньютона. Отже, зрозуміло, що інтерференційна картина має вигляд системи концентричних кілець. Місця однакової товщини в повітряному прошарку, які відповідають місцям однакового запізнення світлових хвиль, мають форму концентричних кіл при нормальному падінні світла або еліпсів – при падінні світла під кутом (Рис. 9 – Рис. 11).

Рис. 9. Схема отримання кілець Ньютона

Рис. 10. Схема отримання кілець Ньютона

Рис. 11. Інтерференційна картина при спостереженні кілець Ньютона

http://www.youtube.com/watch?v=eZvx6n7Ap_A Відеофільм «Інтерференція»

Дата добавления: 2014-01-11