4.1.2 Поняття про когерентність. Інтерференція світла. Методи здійснення інтреференції світла.

Інтерференція – явище накладання світлових хв.. в результаті чого відбувається перезподіл енергії в просторі, хвилі повинні бути когерентними. Когерентні хв.. – хв. у яких стала різниця фаз і однакова частота. Єдине джерело, що дає ког. хв. це лазер.

Явище інтерф. притаманне багатьом хв. процесам. В основі явища інтерф. лежить принцип суперпозиції – результуюча напруженість декількох напруженостей рівна геометр сумі. Нехай маємо дві хвилі які накладаються одна на одну.

Де φ_1, φ_2,- початкові фази. Нехай Е₀₁=Е₀₂;

а) якщо Δφ=2πк, де к=0,1,2,....то cos Δφ=1, I=4I₀ (І-max)

б) Δφ=2π(к+1), к=0,1,2,......I=0, якщо I₀₁=I₀₂ тоді I=I_min

в) .

І

Δφ

l_k

Ідеальний випадок: картина показує чергування темних і світлих смуг.

L- відстань від джерела до екрана.

Можна створити когер пучки світла 2-ма різними способами.

1. спосіб поділу фронту хвилі: фронт діл на 2 частини, різниця фаз залишається сталою (метод Юнга, дзеркала Френзеля).

2. спосіб поділу амплітуди – світлова хвиля діл на 2част. А потім їх зводять – вони будуть інтерферувати через напівпрозору пластину.

4.1.3 Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракція світла. Дифракція Френеля і Фрау­н­гофера. Дифракційна решітка. Дисперсія і роздільна здатність решітки.

Дифракція-явище огинання світловими хвилями перешкод.

Принцип Гюйгенса:Кожна точка фронту хвилі є вторинним джерелом випромінювання. Френель сприйняв цей принцип і доповнив проте, що вторинні джерела є когерентні, а раз когерентні то будуть інтерферувати.Таким чином ці 2-а положення дають відповідь на питання, чому св. Хвилі огинали прешкоди і чому проходить перерозподіл інтенсивності.

М етод зон Френзеля. Розглянемо випадок проходження світла через круглий отвір. Френель розбив фронт хвилі на к –зон, щоб відстань від країв двох сусідніх зон до т. Р відрізнялась на λ/2.

Це означає, що коливання які приходять в т.Р від анологічних точок двох сусідніх зон, будуть знаходитись в протифазі.

Якщо буде відкрите парне число зон то амплітуда А буде .

При непарному к: . Об̕єднавши дві останні рівності отримаємо . При к→ величина тому рівність запишеться так:

-- амплітуда яка створюється в точці Р відкритою сферичною поверхнею дорівнює половині амплітуди, що створюється лише однією центральною зоною. Інтенсивність випромінювання пропор кв.. амплітуди коливань і, значить. Сумарна інтенсивність в точці Р чисельно дорівнює:

де I₁ – інтенсивність, обумовлена першою зоною Френеля.

Дифракція Френеля: на круглому непрозорому екрані закриє к-зон Френеля, к+1 зана буде відкрита: . Інтенсивність залежить від кількості перекритих зон Френеля. В центрі тіні завжди світла смуга. Центральний максимум оточений концентричними темними і світлими кільцями, а інтенсивність максимумів зменшується з відстанню від центра картини.

Дифракція Фраунгофера: розглянемо дифракцію від нескінченно довгої щілини. Нехай плоска монохромат св хвиля падає нормально площині вузької щілини шириною a. Запишемо різницю ходу для променів , де F –основа перпендикуляра опущеного з т. М на промінь ND. З попередньої формули випливає, що к-ть зон Френеля, вкладується на ширині щілини, залежить від кута φ. Від числа зон залежить результат накладання усіх вторинних хвиль. З приведеної побудови випливає, що при інтер.. св.. від кожної пари сусідніх зон ампл.. результ..колив.. рівне нулю. Тому що коливання від кожної пари сусід..зон гасять одне одного. Якщо число зон Фр.. парне, то то в т.В спостер..дифракційний мін; якщо число зон непарне, то спостерігається дифракційний максимум. Відмітимо, що в прямому напрямку (φ=0) щілина діє як одна зона Френеля. І в цьому напрямку світло розповсюджується з найбільшою інтенсивн, тобто в т. В₀ спостерігається центральний дифр максимум.

Д ифракція Фраунгофера на дифр рещітці. Одномірною дифр.. решіткою наз систему паралельних щілин рівної ширини, які лежать в одній площині і розділені рівними по ширині непрозорими проміжками. Тобто в дифракційній решітці відбувається багатопром.. інтерференція когерентних дифрагованих променів світла, які ідуть від усіх щілин. Якщо ширина кожної щілини а, а ширина непрозорих ділянок b,то величина d=a+b наз сталою дифракційної гратки. Запишемо різницю ходу:

(1)--умова (головних мінімумів) інтенсивності.

Крім цього , внаслідок взаємної інтерф св променів, які посилаються двома щілинами, в деяких напрямках вони будуть гасити одне одного, тобто виникнуть додаткові мінімуми. Ці мінімуми будуть спост. для променів в яких різниця ходу

-- умова дадаткових мінімумів.(2)

(3) -- умова головних максимумів. Якщо дифракційна рещітка складається з N –щілин , то умова гол мінім залиш як в (1), умова головних максим-(2), умова додаткових мінімумів

Дифракційні решітки бувають амплітудні і фазові: амплітудні – це решітки, в яких змінюється амплітуда, якщо змінюється фаза то фазова.

Роздільна здатність характеризує здатність до розділен­ня близьких спектральних ліній і . Розділення вважається граничним, якщо максимум першої хвилі припадає на мінімум другої. Це так звана умова Релея.

Р оздільною здатністю називають відношення довжини хвилі , в області якої робляться виміри, до , при якій можливе розділення:

. . Як бачимо, роздільна здатність дифракційної гратки зростає при збільшенні числа штрихів N, а також при переході до спектрів вищих порядків (n).

Дисперсія світла — залежність показника заломлення  середовища від частоти світла. . Дисперсією речовини називають величину, яка показує, як швидко змінюється показник заломлення із зміною довжини світлової хвилі.

Здебільшого показник заломлення зростає при збільшенні частоти. Це зростання називають нормальною дисперсією. Аномальна дисперсія — зменшення показника заломлення при збільшенні частоти — виникає в спектральних областях, близьких до частот інтенсивного поглинання.

При нормальній дисперсії червоне світло заломлюється слабше, ніж блакитне.