Интерференция световых волн

 

Под интерференцией волн понимается широкий круг явлений, который возникает при наложении двух или более волн, и в результате интенсивность поля в точке наблюдения оказывается не равной сумме интенсивностей складываемых волн.

Так, в случае световых волн в одних местах области наложения волн результирующая интенсивность оказывается большей, в других — меньшей. На экране, помещенном в эту область, возникают чередующиеся светлые и темные участки, дающие устойчивую интерференционную картину.

Свет от обычных (не лазерных) источников — ламп накаливания, газосветных ламп и т.д., состоящих из макроскопически большого числа независимых элементарных излучателей, представляет собой хаотическую смесь волн различных частот, поляризаций и фаз. Поэтому два независимых источника света никогда не дают интерференционной картины. Для ее наблюдения необходимо использовать свет от одного источника. Излучение от источника тем или иным способом разделяют на два световых пучка, а затем вновь сводят их, накладывая друг на друга. При определенных условиях на качество света в такой схеме удается получить интерференционную картину.

Существуют два экспериментальных метода получения от одного источника двух световых пучков.

Метод деления волнового фронта. Примерами могут служить классический опыт Юнга (более подробно эта схема обсуждается дальше), бипризма Френеля, зеркала Френеля и т.д. Как правило, такой метод накладывает жесткие ограничения на линейные размеры источника и даёт небольшую интерференционную картину.

Метод деления амплитуды. В этом методе световая волна от источника посылается на одну или несколько частично пропускающих поверхностей. В зависимости от числа интерферирующих после деления и последующего наложения пучков различают двухлучевую интерференцию (интерферометр Майкельсона), многолучевую интерференцию (интерферометр Фабри -Перро). Достоинством этого метода служит то, что в нем не существует ограничений на размеры источника.

Допустим, что в некоторую точку наблюдения приходят волны, напряженности поля в которых  и . По принципу суперпозиции полей, напряженность результирующего поля равна векторной сумме: . Из-за очень большой частоты оптических колебаний (характерное время изменения поля в волне  с) невозможно непосредственное измерение поля . Все приёмники излучения, регистрирующие энергетические характеристики света (оптические приборы, глаз), обладают определенной инерционностью срабатывания и реагируют на интенсивность волны, усредненную за промежуток времени t (время разрешения прибора), значительно больший T:

;

                            .                      (2.1)

Выражение (2.1) помимо суммы интенсивностей I₁ и I₂ каждой из волн содержит еще одно слагаемое, пропорциональное , называемое интерференционным членом.

Скалярное произведение  равно нулю в случае линейно поляризованных в ортогональных направлениях волн. Этот случай обращения в нуль интерференционного члена неинтересен и в дальнейшем будем считать, что вектора  и  совершают колебания вдоль одной прямой. Однако это условие — необходимое, но не достаточное, поскольку в случае двух независимых источников света с одинаковой поляризацией волн интерференционный член при определенных условиях может обращаться в нуль. При этом, как следует из (2.1), I = I₁ + I₂, т.е. результирующая интенсивность всюду равна сумме интенсивностей складываемых волн. Принято говорить, что пучки не коррелированны или не когерентны между собой. Однако в качественно ином случае, когда интерференционный член не обращается в нуль, I I₁ + I₂. При этом говорят, что источники света и соответствующие им световые пучки коррелированны или когерентны между собой и дают интерференционную картину.

⇐ Предыдущая14151617181920212223Следующая ⇒

Поделиться: