Вопрос 2. Современные представления о свете. Интерференция света. Условия интерференции света. Интерферометры: устройство, применение. Интерференционный микроскоп.

Видимый свет - это электромагнитные волны с длиной волны от 800 до 1400 нм. Природа света двойственна, дуалистична. Это означает, что свет проявляет себя и как электромагнитная волна, имеющая частоту  и как поток частиц - фотонов, обладающих энергией Е = h  . Испускается и поглощается свет как частица, а распространяется как электромагнитная волна. Распространяется свет равномерно, с постоянной скоростью c=300 000 км/с.

Интерференция света - явление наложения когерентных свето­вых волн, дающее устойчивую интерференционную картину. Интер­ференционная картина - это картина, показывающая постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний в пространстве.

Условие интерференции света - интерференцию света можно получить, если световые волны когерентны:

- волны имеют одинаковую плоскость поляризации;

- волны имеют одинаковую частоту;

- волны имеют постоянную во времени разность фаз.

S₁ X₁ S₁ - источник 1-ой волны, X₁ - путь, пройденный 1-ой волной;

S₂ - источник 2-ой волны, X₂ - путь, пройденный 2-ой волной;

ΔХ X₂ ΔX = Х₂ - X₁ — геометрическая раз­ность хода;

S₂

Если N₁ и N₂ - показатели преломления сред, где распространя­ются волны света, то рассчитывается

оптическая раз­ность хода:  = X₂ N₂ - X₁ N₁.

Условия усиления и ослабления волн:

- если на разности хода укладывается четное число полуволн, то в данной точке будет усиление амплитуды

результирующей волны, т.е. максимум интерференции: ΔX = 2m /2 = m , где m = 0,1...- порядок максимума.

- если на разности хода укладывается нечетное число полу­волн, то в данной точке будет ослабление амплитуды

результирующей волны, т.е. минимум интерференции: ΔX = (2m +1) /2

Интерференция света нашла применение в приборах - интерфе­рометрах, применяемых для измерения с высокой степенью точно­сти длин волн, небольших расстояний, показателей преломле­ния веществ и определения качества обработки оптических по­верхностей.

Действие интерферометра Майкельсона:

- луч 1 монохроматического света от источника S падает под уг­лом 45° на плоскопараллельную пластину А,

поверхность которой полупрозрачна, т.к. покрыта тонким слоем серебра. Луч расщепляется на два луча 2 и 3,

интенсивности которых равны;

- луч 2 доходит до зеркала 1, отражается, преломляется и вы­ходит из пластины А - луч 2';

- луч 3 идет к зеркалу 2, отражается, возвращается к пластине А, где частично отражается - луч З';

- лучи 2' и 3', которые попадают в глаз наблюдателя, когерентны, а значит дают интерференционную картину,

если лучи 2' и 3' пройдут одинаковый путь, то при наложении они дадут максимум (усиление).

По интерференционной картине можно определить длину волны и показатель преломления среды.

Интерферометр, приспособленный для измерения показателя преломления, называется интерференционным

рефрактометром.

Сочетание двухлучевого интерферометра и микроскопа получило название интерференционного микроскопа, который использует­ся в биологии для измерения показателя преломления, концентра­ции сухого вещества и толщины прозрачных микрообъектов.

Принципиальная схема интерференционного микроско­па

Луч света в точке А раздваивается, один проходит через проз­рачный объект М, а другой - вне его. В точке Д лучи соединяются, интерферируют, по результатам интерференции судят о размерах М.

М

А Д

Литература: Ремизов А.Н., Медбиофизика,-1987, с.415-424; лек­ции.