8. Интерференция световых волн. Когерентные волны. Интегрирующее действие приемников света.

Пусть две волны одинаковой частоты, накладываясь друг на друга, возбуждают в некоторой точке пространства колебания одинакового направления:

; , где под x понимаем напряженность электрического E и магнитного H полей волны, которые подчиняются принципу суперпозиции.

Амплитуду результирующего колебания при сложении колебаний, направленных вдоль одной прямой, найдем по формуле: .

Интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды:

• 

Когерентными назыв. волны одинаковой частоты и поляризации, фазы которых либо совпадают, либо различаются на одну и ту же величину, не изменяющуюся по времени.

Интерференцией света назыв. наложение 2-х или нескольких когерентных волн, в результате которого происходит перераспределение интенсивности света в пространстве(появление максимумов и минимумов интенсивности). Её распределение называется интерференционной картиной.

Если накладываются некогерентные волны, то интерференция существует, но изменяются положения min и max с течением времени.

Большинство физических приборов фиксируют не интенсивность света в данный момент времени, а её усреднённое значение за некоторый промежуток времени ∆ , называемый временем усреднения или временем интегрирования. Величина ∆ лежит в пределах от до сек в приёмниках фотоэффекта.

Для абсолютного большинства приёмников света ∆ ››τ(цуга). При выполнении этого неравенства величина cos δ для некогерентных источников за время ∆ многократно принимает различные положительные и отрицательные значения. В результате чего среднее значение ‹cos δ›=0, I=I1+I2.

Таким образом возможности наблюдения неустойчивой интерференционной картины исключается в следствие интегрирующего действия приёмников излучения.

У лазеров τ может значительно превышать ∆ , поэтому возможно наблюдать интерференционную картину от 2-х независимо работающих лазеров. Наличие интерференционной картины не нарушает закон света.

8. Получение когерентных волн. Сходственные (сопряженные) цуги.

Световые волны представляют собой наложение большого числа цугов, не согласованных между собой по фазе и поляризации, а часто и с различными частотами. Поэтому волны от 2-х когерентных источников не явл. когерентными.

Тем не менее, интерференционную картину можно наблюдать, используя картину одного источника. Для этого из него предварительно выделяют квазимонохроматическую волну. Это делается с помощью узкополосных светофильтров.

Затем волну разделяют на 2 с наложением волн в различных точках пространства. В каждую точку волны приходят с определённым запозданием друг относительно друга или с определённым сдвигом на фазе. Если задержка во времени одной из волн относительно другой значительно меньше τ, то наблюдается интерференционная картина.

Деление волны надвое может быть осуществлено 2-мя способами:

1. Деление волнового фронта источника небольших размеров.

2. Деление амплитуды протяжённого источника с помощью отражения и преломления.

В каждой из полученных волн фазовые соотношения в цугах изменяются непрерывно и хаотически. Однако эти случайные изменения будут одинаковыми для обеих волн. Следовательно, они явл. когерентными.

Если наложить эти волны, то можно получить интерференционную картину при условии, что задержка во времени волн относительно другой будет меньше длительности цуга. В каждой из двух образованных волн существуют сходственный и сопряжённый цуг. Сходственные цуги имеют одинаковые частоты и поляризацию.

В данную точку пространства все цуги приходят с одной и той же разностью фаз, поэтому пары цугов явл. когерентными, а, следовательно, и волны.

Чёткость интерференционной картины определяется сходственностью цугов.

Сказанное справедливо для разделения волны на 3 и более частей.