Штучні способи здійснення інтерференції світла

1. Спосіб Юнга. У 1807 р. Т. Юнг дістав два когерен­тні джерела світла у вигляді двох невеличких отворів в екрані, освітлюваному вузьким пучком світла. За принципом Гюйгенса–Френеля отвори і можна вважати вторинними когерентними джерела­ми світла, утворюваними джерелом S.

2. Дзеркала Френеля. Френель здійснив інтерференцію світла в чистому вигляді за допомогою двох дзеркал, розміщених під кутом, близьким до 180°. За цим способом одна частина кожної світлової хвилі, випромінюваної точковим джерелом S, відбиваючись від дзеркала QN, а інша від дзеркала QМ, змінюють напрям по­ширення так, що далі збігаються на екрані та інтерферують. Щоб світло від джерела S безпосередньо не потрапляло на екран, джерело екранують.

Когерентні хвилі, що утворюються способом відбиття від двох дзеркал, немовби випромінюються джерелами і , які є уявними зображеннями в дзеркалах джерела S. Точки і можна розглядати як два когерентних джерела світла, бо ж будь-яка зміна фази коли­вання в джерелі S тією самою мірою повторюватиметься в його зображеннях і , але різниця фаз між ними залишатиметься ста­лою. Результат інтерференції світла в заданій точці на екрані залежа­тиме від різниці ходів хвиль від джерел і до даної точки. Очевидно, в тих точках інтерференційної картини на екрані, для яких різниця ходу хвиль дорівнює цілому числу довжин хвиль, будуть максимуми світла відповідної довжини хвилі; отже , де k = 0,1,2,… є умовою максимумів інтерференції світла. Якщо різниця ходу хвиль дорівнюватиме непарному числу півхвиль, то матимемо мінімуми інтенсивності світла: буде умовою мінімумів інтерференції світла. Виразимо умову максимумів інтерференції світла, враховуючи взаємне розміщення когерентних джерел, екрана та положення розглядуваної точки на екрані. Припустимо, що когерен­тні джерела і випромінюють монохроматичне світло з довжи­ною хвилі l. Нехай відстань між цими джерелами дорівнює d, а відстань від джерел до екрана L, причому d<<L. Зрозуміло, що в точці О на екрані, рівновіддаленій від джерел і , матимемо максимум інтерференції світла. Сукупність таких то­чок на екрані визначить центральну смугу максимуму інтерференції світла. Нехай точка В на екрані належить до k–го максимуму інтерференції світла. Тоді за умовою максимумів: . Із прямокутних трикутників маємо:

, ,

Звідки: або . Взявши до уваги, що , а , дістанемо , звідки . Таким чином, максимуми інтерферен­ції світла перебуватимуть від центрального максимуму на відстанях: . Положення мінімумів знайдемо на відстанях: . Максимуми і мінімуми спостерігаються на екрані у вигляді світлих і темних смуг, паралельних одна одній. Неважко знайти, що від­стань між двома сусідніми максимумами: . З отриманого виразу випливає практична порада: максимуми добре розрізня­тимуться, якщо відстань між джерелами світла буде якомога мен­шою.

3. Біпризми Френеля. Аналогічно досліду з дзеркалами, Френель здійснив інтерференцію світла з двома призмами. Світлова хвиля, випромінювана джерелом S, за допомогою біпризм роз­двоюється. Після заломлення в призмах світлові хвилі відхиляються в протилежних напрямах, тому перекриваються й інтерферують.

4. Дзеркало Ллойда. У схемі Ллойда частина світлової хвилі від джерела S безпосередньо потрапляє на екран Е, а інша – після відбивання від плоского дзеркала МN. На екрані обидві частини хвилі накладаються й інтерферують.

Інтерференція світла при відбиванні від прозорих пластинок і плівок.

Світлова хвиля, попадаючи на поверхню прозорого середовища, частково відбивається, а частково проходить у прозоре середовище, зазнаючи заломлення. Далі таке роздвоєння світлової хвилі відбуде­ться на протилежній поверхні прозорого середовища і т. д. Явища відбивання і заломлення світла в тонких прозорих пластинках і плів­ках супроводяться інтерференцією світла. Розглянемо інтерферен­цію світла від прозорої плоскопаралельної пластинки, товщиною d і показником заломлення n > 1. Нехай з повітря на пластинку падає пучок паралельних променів під кутом i. Промінь 1 у точці А частково відіб'ється, а частково пройде в пластинку під кутом г. Дійшовши до протилежної поверхні, в точці О він частково вийде за межі плас­тинки, а частково відіб'ється в напрямі ОС. У точці С частина променя 1 вийде в повітря під кутом i. Але в точку С падає та частково відбивається під тим самим кутом і промінь 2. Тому промені 1 і 2, накладаючись у то­чці С, будуть інтерферувати. Для визначення результату інтерференції світла відшукаємо різ­ницю ходів променів. Проведемо фронт хвилі АВ. На фронті хвилі обидва промені мали однакову фазу, а потім промінь 1 пройшов шлях (АО + ОС), а промінь 2 – шлях ВС. Для визначення різниці фаз треба ще врахувати, що шлях (АО + ОС) хвиля проходить всере­дині пластинки, а шлях ВС – в повітрі. Крім того, як показує дослід і теорія, промінь ВС, відбиваючись в точці С від оптично густішого се­редовища, змінює фазу на протилежну, що еквівалентно зміні його шляху на півхвилі. Врахувавши все сказане, можна записати:

.

Виразимо останню рівність через товщину пластинки та кут падіння. Із малюнку випливає: , , . У відповідності до закону заломлення , відкіля і . Підставивши знайдені вирази в рівність різниці ходу і здійснивши деякі перетворення, маємо: . Умова максимуму буде виконуватися, якщо . Якщо , буде спостерігатися мінімум інтерференції. В результаті інтерференції на пластинці утворяться кольорові смуги, які позначатимуть місця однакової товщини пластинки або плівки; їх називають смугами однакової товщини. Такі кольорові смуги мож­на спостерігати на дорогах після дощу, де розлите мастило чи паль­не, на плоскій мильній плівці тощо.

Дата добавления: 2014-01-07