Способы получения когерентных источников света

Интерференция света

Волновая оптика

Законы геометрической оптики

см. раздел Свойства электромагнитных волн

Интерференция света – это такое наложение волн, при котором волны в одних точках пространства максимально усиливают друг друга, а в других максимально ослабляют, т.е. наблюдается картина интерференции, которая устойчива как во времени, так и в пространстве с образованием минимумов и максимумов. Например, мыльный пузырь.

S₁

P

*

*

S₂

r₂

r₁

Механические волны. Пусть волна от источника S₁ распространяется в точке наблюдения P. Колебания проходят в одной плоскости перпендикулярной плоскости рисунка. Из S₂* волна также приходит в точку P.r₁,r₂ – расстояния, которые проходят волны: ; ;  

;

;

Þ.

Результат сложения этих волн y₁ и y₂ зависит от соотношения частот u₁ и u₂, r₁ к V, а так же от начальных фаз.

I~A²Þ в зависимости от Dj будет наблюдаться либо усиление, либо ослабление волн.

Рассмотрим только когерентные волны:

Волны называются когерентными, если:

1. u₁=u₂ (w₁=w₂, l₁=l₂). Волны одной l называются монохроматическими.

2. Dj=const: разности фаз не меняются с течением времени.

3.

Колебания не должны происходить во взаимно перпендикулярных плоскостях

Итак,

1., где m=0, 1, 2…– max

приA₁=A₂,.

Условие максимума через разность фаз: волны максимально усиливают друг друга, если Dj равна четному числу p.

D₁₂=j₁–j₂– разность хода.

Þ – условие максимального усиления через разность хода: волны максимально усиливают друг друга, если D₁₂ двух волн равна четному числу длин полуволн.

2., где m=0, 1, 2…– min

cos j=–1 Þ приA₁=A₂, ÞI=0.

Условие минимума через разность фаз: Þ – волны максимально ослабляют друг друга, когда D₁₂ двух волн равна нечетному числу длин полуволн.

Излучение световых волн, происходящее при переходе атомов из возбужденного в нормальное состояние осуществляется не непрерывно, а в виде отдельных импульсов – волновых цугов слабозатухающих колебаний.

3 м (длина цуга)

x

t– времяизлучения t=10^-8 с=3×10⁸ м/с l =3×10⁸×10^-8=3 м

Если рассматривать видимый свет l=10^-6м, то на цуге укладывается =3×10⁶штук длин волн. Отдельные цуги не когерентны. Направления колебаний любой волны неароматичные.

Получить когерентные волны можно, если разделить отдельный цуг на две части. Пройдя разные пути и, вновь объединившись, они будут интерферировать. Разложение цугов на части осуществляется с помощью линз, зеркал, призм и тонких пленок.

Способы получения:

S *

S₁

S₂

r ₁

r ₂

A

экран

1.Щели Юнга.

Два узких отверстия параллельных друг другу, S₁ и S₂ вырезанных в непрозрачном экране освещаются светом прошедшим через такое же узкое отверстие S, равноотстоящее от S₁ и S₂. S₁ и S₂ являются источниками вторичных когерентных волн. Пройдя любые расстояния r ₁ и r ₂, они так же интерферируют в точке A на экране.  

Волновой цуг одновременно попадает на 2 зеркала под углом» 180°, отражается от них и интерферирует в точке А. Когерентные части цуга распространяются, так как будто они излучаются двумя разными источниками S₁ и S₂.

2.Зеркала Френеля  

A

S

S₁

*

*

S₂

*

α

экран

3.Тонкая пленка  

Когерентные волны 1 и 2 возникают из одного падающего луча П, при отражении цугов от верхней и нижней поверхности пленки.

А

П

Л

экран

§6.Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников света (опыт Юнга)

Dx

Э

l

S₁

S₂

d

r₂

r₁

A₁

x

S₁ и S₂ – когерентные источники света, расположены на расстоянии друг от друга, экран Э расположен на расстоянии l. На экране наблюдается интерференционная картина, представляющая собой вектора светлых и темных полос.

Световые вектора описываются:

Так как источники когерентны, то Dj₀=0 Þ

Опыт показывает, что интерференционная картина наблюдается вблизи экрана, т.е. x<lr₂+r₁»2 l (*).

При интерференции механических волн геометрическая разность хода:

1.

– светлые полосы.

2.

– темные полосы.

Шириной интерференционной полосы называется расстояние между соседними минимумами (максимумами).

Для монохроматического света полосы на экране будут цветными.

Дата добавления: 2014-01-04