Интерференция света. Проблема и методы наблюдения интерференции света от обычных (некогерентных) источников света

Интерференция света – это явление наложения когерентных ЭМ волн, вследствие чего происходит перераспределение энергии этих волн в пространстве.

Для обычных источников света – ЭМ волны некогерентны.

В естественных условиях мы не наблюдаем интерференционной картины, в виде чередования светлых (max) и темных (min) участков в окружающем нас пространстве.

Однако, ряд ученых наблюдали интерференцию света, используя для этого специальные методы, в основе которых лежит следующее:

-создание узкого светового пучка

-разделение его на 2 или более части

-заставить эти части идти разными путями (создать разность хода)

-вновь наложить

 

-если вектора E₁ и E₂ сонаправлены, то происходит усиление результирующего поля

-если вектора E₁ и E₂ разнонаправлены, то происходит ослабление результирующего поля

-если вектора E₁ и E₂ равны и разнонаправлены, то в точке идеальный min.

Рассмотрим метод Юнга

 

 

O₁

 

* O max

 

O₂

P

 

 

Рассмотрим проекцию т.Р на экране.

Пусть ОО₁=ОО₂

О₁P= r₁

О₂Р= r₂

∆r = r₁-r₂

Условия max: ∆r = 2kλ/2

Условия min: ∆r = (2k+1)λ/2, где k=0,+-1 и т.д.

Также используются метод тонких пленок; метод направления на зеркала стоящие под углом.

 

Условия max и min интерференции световых волн при их распространении в разных средах

 

1ср O₁

R₁

 

n₁ P

n₂

 

2ср R₂

O₂

ν₁ = ν₂ = ν

λ=C/ν

λ₁ = υ₁/ν

λ₂ = υ₂/ν

Т.к. υ₁≠υ₂, то λ₁≠λ₂

 

В качестве единой длины волны в условиях max и min, используют длину света в вакууме – λ=С/ν.

Предполагается, что у свет в среде, движется как бы со скоростью С.

-тогда в n₁ свет проходит не r₁, а r₁*n

-тогда во n₂ – r₂*n

-тогда разность хода световой волны: ∆= r₁n₁ – r₂n₂

Подставляем все в условия max и min: ∆rà∆; λàλ₀

-условия max: ∆=2k*λ₀/2

-условия min: ∆=2k+1* λ₀/2, где ∆=r₁n₁-r₂n₂ – называется оптической разностью хода; ∆r – геометрическая разность хода; rn=l – оптическая длина пути.

Оптическая длина пути – это то расстояние, которое прошла бы световая волна, если бы она двигалась в среде не со скоростью υ, а со скоростью С.

 

Понятие об интерферометре и интерференционном микроскопе

Интерференционный микроскоп – сочетание интерферометра и микроскопа.

Используется:

-условия max: ∆=2k*λ₀/2

-условия min: ∆=2k+1* λ₀/2, где ∆=r₁n₁-r₂n₂ – называется оптической разностью хода; ∆r – геометрическая разность хода; rn=l – оптическая длина пути.

Принцип работы интерферометра:

R₁

 

 

А В

 

R₂

n₂

∆= r₁n₁ – r₂n₂

 

 

Интерференция в тонких пластинках

Рассмотрим плоскопараллельную прозрачную пластинку, толщиной l, с показателем преломления n.

1 2 3

α D

 

A C

 

 

β

n

B

α

2` 3`

β<α

2, 3 – интерферируют в отраженном свете

2`, 3` - в проходящем свете

Рассмотрим лучи 2 и 3.

Луч и фронт взаимноперпендикулярны. Построим фронт волны.

Из точки С – фронт для лучей 2,3.

∆=(AB+BC)*n-AD*1

Результат: ∆=2l*√n²-sin²α - λ₀/2

-max: 2l*√n²-sin²α = (2k+1)* λ₀/2

-min: 2l*√n²-sin²α = 2k* λ₀/2

Пренебрегая поглощением, можно считать, что чем больше энергии отразилось, тем меньше прошло ч/з пластинку и наоборот. Если в отраженном свете будет max, то в проходящем свете будет min.

 

Просветление оптики

Оптический прибор представляет собой систему большого числа линз, на поверхности каждой из линз происходит отражение и преломление. При отражении света идет потеря энергии и возникновение бликов.

Если уменьшить интерференцию отраженной волны, то на каждую поверхность линзы наносится тонкая пленка вещества с показателем преломления n<n_линзы.

Толщина пленки подбирается таким образом, чтобы в отраженном свете был min, а остальной свет проходил.

 

Дифракция света. Принцип Гюгенса-Френеля

Дифракция света – явление огибания световыми волнами препятствий, приводящее к проникновению света в область геометрической тени.

В основе объяснения явления дифракции лежит принцип Гюгенса-Френеля.

Принцип Гюгенса (1678)

Каждая точка фронта волны, является источником вторичных волн. Вторичные волны когерентны.

Френель дополнил принцип Гюгенса в 1875 г. следующими утверждениями:

-вторичные волны когерентны и интерферируют м/у собой, т.е дифракция согласно принципу Г-Ф. есть интерференция вторичных волн.

 

 

Дифракция монохроматического света на щели

Излучение одной и постоянной частоты – монохромный свет.

 

A

φ

λ /2

 

O F

С

 

P

 

B

φ

 

Из ∆ABC:

Пусть AB= d

∆=AC=AB*sinφ

∆=d*sinφ

Используем теорию зон Френеля – участков с разностью хода λ₀/2.

Пусть будет 3 участка. Разделим на λ/2, тогда на щели образуется 3 участка – зоны Френеля. Проведем по лучу из каждой точки.

Для любого луча из одной зоны, найдется такой луч из соседней, что их разность хода будет λ/2, что по условию интерференции дает min и эти лучи гасят друг друга à 2 соседние зоны гасят друг друга.

-если число зон четное, то каждая пара соседних зон будет гасить друг друга и на экране будет min.

-если число зон нечетное, то останется одна непогашенная зона, и на экране будет max.

∆=d*sinφ = (2k+1)*λ₀/2 - max

∆=d*sinφ = (2k)*λ₀/2 - min

В каждой зоне есть такая точка, которой соответствует такая же точка в другой зоне, при прохождении лучей через которые, разность их хода будет π/2.

 

Дифракция белого света на щели в параллельных лучах

d*sinφ = n*λ/2

sinφ~λ, т.к. λ_К>λ_A , то φ_К> φ_Ф

если свет белый, то для каждого варианта свой угол. Центральный max - белая полоса, min – черные, затем идет чередование радужно окрашенных полос от фиолетового до красного; все след max – белые.