Определение длины волны света при помощи колец Ньютона

1. Интерференция света

К видимой области света относятся электромагнитные волны с длиной волны 400 - 800 нм. Вектор электромагнитной волны называют световым. Опыт показывает, что физиологическое, фотохимическое и фотоэлектрическое действие света определяется его частотой и интенсивностью I, которая пропорциональна квадрату амплитуды светового вектора.

В простейшем случае, когда плоская гармоническая электромагнитная волна с частотой распространяется вдоль оси , вектор колеблется вдоль оси , а вектор - вдоль оси ; колебания вектора в любой точке x происходят по закону:

. (1)

Если вектор колеблется только вдоль одного направления, то такая волна является линейно поляризованной. Модуль среднего по времени вектора плотности потока энергии, переносимой световой волной, называется интенсивностью I света в данной точке пространства. Так как световые волны обладают всеми свойствами электромагнитных волн, то для них наблюдается явление интерференции.

Результирующая интенсивность в любой точке пространства, где перекрываются два пучка света от независимых, с хаотически меняющейся разностью фаз источников, равна сумме интенсивностей и налагающихся пучков

. (2)

Если перекрывающиеся лучи света не являются независимыми, то при определенных условиях равенство (2) может не выполняться. В этом случае наблюдается явление интерференции - явление устойчивого во времени перераспределения энергии колебаний в пространстве, в результате чего интенсивность света в определенных точках пространства увеличивается, а в других уменьшается по сравнению с (2).

Рис. 1 Двухлучевая интерференция

нтерференция, возникающая при наложении двух волн, называется двухлучевой, при наложении многих волн - многолучевой.

Устойчивая интерференционная картина наблюдается при наложении когерентных волн. Когерентные волны - волны, разность фаз которых не изменяется со временем; это возможно только при одинаковой частоте складываемых колебаний.

Излучение любого реального источника не является строго монохроматическим, поэтому когерентность сохраняется только в течение короткого промежутка времени. Каждый из атомов испускает свет только в течение некоторого времени , затем процесс излучения прерывается, и вновь возникшее излучение будет иметь другую начальную фазу. Для получения когерентных волн берется один источник, а излучаемую им волну делят на две или несколько частичных волн, используя явления отражения и преломления света.

Рассмотрим двухлучевую интерференцию, возникающую при наложении двух когерентных волн, у которых световой вектор колеблется в одном и том же направлении. и - источники этих волн (рис.1). Пусть первая волна распространяется в среде с показателем преломления , а вторая - в среде с показателем преломления . Из теории колебаний известно, что в тех точках пространства, где разность фаз складываемых колебаний удовлетворяет условию будет наблюдаться максимальное усиление колебаний; если же то, колебания будут максимально ослабляться. Разность фаз складываемых колебаний в точке (рис. 1) равна . Учитывая, что , разность фаз можно выразить как