Інтерференція світла. Принцип Гюйгенса.

Максвел довів, що світло являє собою розповсюдження у просторі електромагнітних хвиль певної частоти, тому світлові хвилі повинні підпорядковуватися загальним законам, які описують хвильові процеси (інтерференція, дифракція, дисперсія....)

Інтерференція – процес додавання двох або декількох коливань, в наслідок якого у просторі можуть виникати стійкі значення величини амплітуди складного коливання ( стійкі максимуми або мінімуми освітленості).

Існування інтерференції пояснюється принципом суперпозиції. Принцип суперпозиції дає можливість із декількох описаних монохроматичних коливань описати характеристики складного коливального процесу, і, навпаки, складні коливання розкласти на окремі монохроматичні.

Монохроматичні хвилі – хвилі однієї і тієї ж самої циклічної частоти.

Фаза плоскої монохроматичної біжучої хвилі.

Загальною умовою спостереження стійкої інтерференційної картини є наявність когерентних хвиль (монохроматичних хвиль, що мають сталу різницю фаз).

Мінімальний час, при якому не відбувається значної зміни інтерференційної картини, називають часом когерентності.

З поняттям часу когерентності зв’язане поняття довжини когерентності (відстань, на яку поширюється світлова хвиля за час когерентності, тобто відстань, на якій випадкова зміна фази істотно менша від π). Тільки в інтервалах відстаней цього порядку спостерігається більш – менш стійка інтерференційна картина.

У наш час створені штучні джерела монохроматичного і когерентного випромінювання – мазери і лазери.

Для утворення когерентних світлових хвиль природного походження необхідно пучок природного світла розділити на два або більшу кількість променів, а потім знову їх звести до купи. В результаті цього між пучками світла виникне певна різниця ходу, яка пов’язана з різницею фаз.

Різницею ходів хвиль називають величину.

Якщо, то, тобто довжиною хвилі є відстань між двома сусідніми точками, різниця фаз коливань між якими дорівнює 2π.

Для утворення максимума, різниця хода променів.

Для утворення мінімума, різниця ходу променів .

Методи спостереження інтерференції: дослід Юнга, біпризма Френеля, бідзеркала Френеля, дзеркало Ллойда, інтерференція світла при відбиванні від тонких пластин або плівок, кільця Ньютона ( радіус к – го темного кільця визначається, де R – радіус кривини лінзи).

При інтерференції світла при відбиванні від тонких пластин або плівок різниця хода хвиль, що утворилася між променями в результаті відбивання їх від сторін пластинки визначається.

Якщо кут падіння α на пластинку дорівнює нулю або дуже малий, то різниця ходу променів.

Шириною інтерференційної смуги називають відстань між двома сусідніми мінімумами освітленості: , де l – відстань між когерентними джерелами світла, L – відстань від джерел світла до екрану.

Променем називають напрямок, уздовж якого поширюється енергія хвилі.

Фронт хвилі – це хвильова поверхня, найбільш віддалена від джерела хвиль (сукупність точок, куди на даний момент часу встигла поширитися хвиля).

Принцип Гюйгенса: кожна точка фронту хвилі є джерелом елементарних сферичних хвиль, обвідна яких визначає положення фронту хвилі у наступні моменти часу.

Інтерференцію застосовують для дослідження точності виготовлення поверхонь, вимірювання невеликих кутів між поверхнями, у просвітленні оптики, за допомогою інтерферометрів контролюють форму лінз, якість скла, для точного вимірювання показника заломлення світла в речовинах, визначення швидкості світла у вакуумі.