Тема: Інтерференція світла. Способи здійснення інтерференції світла

Лекція № 38

Інтерференцією називають накладання когерентних хвиль, при якому вони стабільно підсилюються або ослаблюються. Основною ознакою інтерференції хвиль є перерозподіл енергії в хвильовому просторі. Такий перерозподіл енергії в явищах інтерференції світла легко виявити за різною освіт­леністю поверхні, на якій спостерігається результат накладання хвиль. Для цього лише потрібно, щоб інтерференційна картина на поверхні спостереження залишалася незмінною протягом часу, до­статнього для сприймання; інакше кажучи, щоб різниця фаз світло­вих коливань у різних точках хвильового простору залишалася незмінною. Когерентні хвилі – це хвилі однакової частоти, стабільної різниці фаз (в точці накладання) та однакового напряму коливань відповідних векторів. Джерела, які випромінюють когерентні хвилі, називаються когерентними.

Інтерференція світла є наслідком прояви його хвильових власти­востей. Світло – це електромагнітні хвилі дуже короткої довжини. В електромагнітній хвилі в двох взаємно перпендикулярних напрямах періодично змінюються вектор напруженості електричного поля і вектор напруженості магнітного поля. Рівняння плоскої світлової хвилі, що поширюється вздовж вісі Ох, можна записати у вигляді: , де Е_о – амплітудне значення напруженості електричного поля хвилі. Для світлових хвиль справджується принцип суперпозиції, тобто принцип незалежності хвиль при одночасному поширенні в даному середовищі. З принципу суперпозиції випливає, що накладання світ­лових хвиль веде до результатів, які аналогічні результатам накладан­ня механічних хвиль. Припустимо, що в певній точці середовища накладаються дві плоскі світлові хвилі однакової частоти і з однаковими напрямами коливань світлових векторів, задані рівняннями: , . При цьому утвориться результуюча хвиля такої самої частоти ко­ливань: . Амплітуду і зсув фази хвилі визначають з таких виразів:

,

.

Оскільки енергія пропорційна квадрату амплітуди коливання, можна зробити висновок, що енергія результуючого коливання не дорівнює сумі енергій складових коливань. Енергія результуючого коливання залежить від різниці фаз складових коливань, вона може набувати будь-якого значення від максимального при , коли , до мінімального при , коли .

Природні джерела світла некогерентні. Кожне з них складається з величезної кількості незалежних елементарних випромінювачів, якими є атоми і молекули. Останні в дуже нагрітих тілах збуджують­ся за рахунок енергії теплового руху. Збуджені атоми і молекули ви­промінюють надлишок енергії у вигляді світла. Тривалість світіння атома або молекули 10^-8 с. Такою короткочасною в будь-якій точці буде інтерференція світла. Далі випромінювач може послати хвилю іншої частоти або в іншій фазі. Для одержання стійкої інтерференційної картини вдаються до штучних способів, а саме: від одного джерела світла хвилю роздвоюють і спря­мовують по двох різних шляхах, після чого, досягаючи одних і тих самих точок, вони інтерферують. Для роздвоєння світлової хвилі ши­роко використовуються явища відбивання і заломлення світла.

Очевидно, що в точці роздвоєння обидві хвилі мають однакову фазу коливань, а в будь-якій точці інтерференції їхня різ­ниця фаз залежатиме від різниці пройдених оптичних шляхів: . Треба зауважити, що інтерференція світла, здійснювана таким способом, можлива за умови, коли різниця ходів хвиль не перевищу­ватиме довжини цуга світлових хвиль. Інакше початок цуга, що про­ходитиме по довшому шляху, дійде до точки сходження шляхів пізніше, ніж кінець цуга, що пройшов по коротшому шляху, і накла­дання цих когерентних хвиль не відбудеться.

Дата добавления: 2014-01-07