21.2 Явище інтерференції світла

1. Знайомство з явищем. Інтерференцію легко спостерігати у природних умовах. Це забарвлення мильних бульбашок, яке безперервно змінюється, кольорові розводи на тонких плівках нафтопродуктів, які утворюються на поверхні води. Це явище набуло практичного застосування, а саме: просвітлення оптики, контроль якості поверхонь за допомогою інтерференційних дефектоскопів, вимірювання розмірів тіл за допомогою інтерферометрів. Застосування цих приладів дозволяє виявляти дефекти поверхні й вимірювати розміри тіл із точністю до 10^-8 м.

2 . Визначення явища. Явище накладання когерентних світлових хвиль при якому спостерігається перерозподіл світлового потоку в просторі називають інтерференцією світла.

3. Умови виникнення явища: а) для спостереження інтерференції світла потрібно мати кілька когерентних світлових променів, б) різниця ходу когерентних променів повинна не перебільшувати довжини когерентності.

4. Математичний опис.

Умова максимуму інтерференції світла (Рис. 5.7а) .

Умова мінімуму інтерференції світла (Рис. 5.7б) .

Де Dl - різниця ходу світлових хвиль; l - довжина хвилі; k = 0;1;2;3;…

5. Пояснення явища. Явище пояснюють за допомогою принципу Гюйгенса – Френеля. Точки простору, до яких дійшло збудження (фронт хвилі) самі стають джерелом елементарних хвиль. Наступний фронт хвилі є результат накладання елементарних хвиль.

*При накладанні двох когерентних променів з інтенсивністю світла I₁ = I₂ інтенсивність у максимумах інтерференції в чотири рази більша інтенсивності промінів, тобто: I_max = 4I₁, I_min = 0,

21.3 Інтерференція від двох точкових джерел (дослід Юнга). Методи одержання інтерференційних картин: бідзеркало та біпризма Френеля, дзеркало Ллойда

Інтерференція від двох точкових джерел (дослід Юнга 1807 р.)

1. Мета досліду - спостерігати інтерференцію світла.

2. Схема досліду. Когерентні джерела він одержав досить оригінально (Рисунок 21.8). Пучок сонячного світла падав на вузьку щілину Щ. Від неї промінь ішов до двох симетрично розміщених паралельних щілин Щ₁ і Щ₂, які відкривали дві ділянки однієї циліндричної хвильової поверхні.

3 . Умови протікання досліду. Чим менша відстань між уявними джерелами Щ₁ і Щ₂ тим яскравіше виражена інтерференційна картина (Рисунок 21.9).

4 . Результат досліду. Якщо світло біле, то на екрані утворюються різнобарвні смуги. Якщо світло монохроматичне, то на екрані спостерігають чергування світлих і темних смуг. Темні смути спостерігаються в тих місцях екрану, де виконуються умови мінімуму для світлових хвиль. Світлі смуги спостерігаються в тих місцях екрану, де виконуються умови максимуму для світлових хвиль.

Можна довести, що інтерференційні смуги розміщені на однаковій відстані одна від другої на відстані .

За цією формулою Т. Юнг уперше виміряв довжину хвилі червоного світла.

Д осліди Френеля, дзеркало Ллойда

1. Мета досліду: спостерігати інтерференцію світла.

2. Схема досліду. Френель проводив досліди по двох схемах:

а) за допомогою бідзеркал (Рисунок 21.10); б) за допомогою біпризм (Рисунок 21.11) в) Дзеркало Ллойда (Рисунок 21.12).

а ) Два дзеркала з'єднують так, щоб їхні відбиваючі поверхні утворювали кут, близький до 180. Паралельно до лінії перетину дзеркал на відстані r розміщують лінійне джерело світла S (наприклад щілину). Дзеркала відбивають на екран Е циліндричні когерентні хвилі так, немов вони виходять з уявних джерел S₁ і S₂.

б ) Виготовлені з однакового скла дві призми з малим заломлюючим кутом мають спільну основу. Паралельно основі на відстані r розмішують лінійне джерело світла S. Промені від джерела падають на біпризму під малим кутом, утворюючи дві когерентні циліндричні хвилі так, немов вони виходять від уявних джерел S₁ i S₂ що лежать в одній площині з S. Ці хвилі утворюють на екрані Е інтерференційну картину.

в) Точкове джерело S знаходиться на невеликій відстані від поверхні плоского дзеркала М. Інтерференцію спостерігають від прямого й відбитого променів. Когерентними джерелами є первинне джерело S і його уявне зображення в дзеркалі S₁. В області перекриття прямого й відбитого пучків спостерігається інтерференція.

3. Умови протікання досліду. Чим менша відстань між уявними джерелами S₁ і S₂ тим більша інтерференційна картина. Відстань між джерелами можна зменшити, збільшивши кут між гранями дзеркала або кут заломлення в призмах.

4. Результат досліду. Якщо світло біле, то на екрані утворюються різнобарвні смуги. Якщо світло монохроматичне, то на екрані спостерігають чергування світлих і темних смуг. Темні смуги спостерігаються в тих місцях екрану, де виконуються умови мінімуму для світлових хвиль. Світлі смуги спостерігаються в місцях виконання умови максимуму для світлових хвиль.