Интерференция света наблюдается при наложении когерентных волн (у них одинаковые частота (длина волны) или разность фаз). Интерференционную картину можно наблюдать только при условии, если оптическая разность хода
меньше длины когерентности l. Длина когерентности – это длина цуга волн. Цуг волн- это порция излучения за время излучения. Излучения света происходит возбужденным атомом в течение времени излучения ?10-8 с. Одна порция излучения отличается от другой. Длина когерентности
(м). поэтому естественные источники света когерентными быть не могут. Для получения интерф. света от естественного источника необходимо каждый цуг волн разделить на 2 когерентных, т.е. разделить их энергию на 2 части, а затем наложить.
.
, где
-число цугов волн, которые укладываются в
. При переходе из одной среды в другую число волн не изменяется, а длина волны укорачивается.
Для анализа интерференционной картины рассмотрим суперпозицию монохроматических световых волн:
если
, то
eсуммарное амплитудное значение
, где
.
eусловие max:
наблюдается, если разности фаз укладывается четное число ?.
условие min:
наблюдается, если разности фаз укладывается нечетное число ?.
.
Т.к. интенсивность света пропорциональна
, то
e если
, то
. Если
, то
. Если накладываются волны для некогерентных источников, то
.
Т.к.
, то если в разности хода укладывается четное число полуволн — условие max
; если нечетное – условие min
.
Способы наблюдения интерференции света:
- щели Юнга
- бизеркала Френеля
- бипризмы Френеля
1. Метод Юнга.Источником света служит ярко освещенная щель S, от которой световая волна падает на две узкие равноудаленные щели S1 и S2, параллельные щели S. Таким образом, щели S1 и S2 играют роль когерентных источников. Интерференционная картина наблюдается на экране (Э), расположенном некотором расстоянии параллельно S1 и S2.
2. Зеркала Френеля. Свет от источника S падает расходящимся пучком на два плоских зеркала А1О и А2О, расположенных относительно друг друга под углом, лишь немного отличающимся от 180° (угол ? мал). Используя правила построения изображения в плоских зеркалах, можно показать, что и источник, и его изображения S1 и S2 (угловое расстояние между которыми равно 2?) лежат на одной и той же окружности радиуса r с центром в О (точка соприкосновения зеркал). Световые пучки, отразившиеся от обоих зеркал, можно считать выходящими из мнимых источников S1 и S2, являющихся мнимыми изображениями S в зеркалах.
Мнимые источники S1 и S2 взаимно когерентны, и исходящие из них световые
пучки, встречаясь друг с другом, интерферируют в области взаимного перекрывания (на рис. она заштрихована). Можно показать, что максимальный угол расхождения перекрывающихся пучков не может быть больше 2?. Интерференционная картина наблюдается на экране (Э), защищенном от прямого попадания света заслонкой (3).
3. Бипризма Френеля.Она состоит из двух одинаковых, сложенных основаниями призм с малыми преломляющими углами. Свет от источника S преломляется в обеих призмах, в результате чего за бипризмой распространяются световые лучи, как бы исходящие из мнимых источников S1 и S2, являющихся когерентными. Таким образом, на поверхности экрана (в заштрихованной области) происходит наложение когерентных пучков и наблюдается интерференция.
Расчет интерф. картины для щелей Юнга:
,
.
Для расчета ?:
a
. Тогда
,
.
Пусть расстояние между 2 max интенсивности света
. Для max
и
e
e условия max
и min
.
Опыт Юнга
