Классический опыт Юнга

Источником света служит ярко освещённая узкая щель S в преграде А₁ .Свет от неё падает на вторую непрозрачную преграду А₂, в которой имеются две одинаковые узкие щели S₁ и S₂ , параллельные S.

Для наблюдения интерференционной картины на экране Э необходимо, чтобы размеры d и b были очень малы для соблюдения когерентности складываемых волн.

Когерентность

Когерентностью называют согласованное протекание нескольких колебательных или волновых процессов.

Временная когерентность.

Всякая реальная световая волна образуется наложением колебаний различных частот, заключённых в более или менее узком, но конечном интервале , следовательно ии. Амплитуда волныЕ₀ и фаза претерпевают со временем непрерывные случайные изменения. Поэтому для двух накладывающихся друг на друга световых волн колебания можно записать в следующем виде:

и

Случайные изменения функций ,являются совершенно независимыми.

Для наблюдения интерференции необходимо выполнение следующих условий:

или , где

и время и длина когерентности света .

Расчёты показывают, что .

Квазимонохроматический свет, содержащий длины волн в интервале , характеризуется. У гелий-неонового лазера.

Видимостью интерференционных полос называют величину

.

Если , то складываемые колебания не когерентны и не интерферируют (). Глаз уверенно различает полосы, если их видимостьт.е. если.

Для улучшения временной когерентности в опыте Юнга необходимо уменьшать размер d.

Пространственная когерентность.

Если источник света S , служащий для создания в опыте Юнга источников S₁ и S₂ не точечный, например, ярко освещённая щель конечной ширины, то интерференционные полосы, получающиеся на экране от различных узких щелей, на которые можно мысленно разбить щель S, смещены друг относительно друга. Видимость интерференционных полос уменьшается по мере увеличения ширины b щели S.

Когерентность колебаний, которые совершаются в один и тот же момент времени в разных точках плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны, называют пространственной когерентностью (в отличие от временной когерентности колебаний, совершающихся в одной и той же точке, но в разные моменты времени).

Световая волна, излучаемая точечным источником, обладает полной пространственной когерентностью, так же как и идеальная плоская волна.

Пространственная когерентность сохраняется по всему поперечному сечению пучка света, излучаемого лазером.

Частично когерентный свет, общая интенсивность которого , можно рассматривать как совокупность двух составляющих: когерентной с интенсивностьюи некогерентной с интенсивностью, гдестепень когерентности света.

При наложении частично когерентных волн с интенсивностями иинтерферируют только их когерентные составляющие. Некогерентные составляющие создают равномерно освещённый фон интерференционной картины.

В этом случае

.

Если , то.

Интерференция света в тонких плёнках

При падении световой волны на тонкую прозрачную пластинку или плёнку происходит отражение от обеих поверхностей пластинки. В результате возникают две световые волны, которые, при определённых условиях могут интерферировать. Падающую волну можно рассматривать как параллельный пучок лучей. Пластинка отбрасывает вверх два параллельных пучка света, из которых один образовался за счёт отражения от верхней поверхности пластинки, а второй – от нижней поверхности.

Кроме этих двух пучков пластинка отбросит вверх пучки, возникшие в результате трёхкратного, пятикратного и т.д. отражения от поверхностей пластинки. Однако ввиду их малой интенсивности эти пучки можно не принимать во внимание.

Оптическая разность хода между лучами 1 и 2

.

Произведя замену и учитывая, что

Получаем

.

В точке С отражение происходит от границы раздела среды, оптически менее плотной, со средой, оптически более плотной. Поэтому фаза волны претерпевает изменение на π. В точке О отражение происходит от границы раздела среды, оптически более плотной, со средой, оптически менее плотной, так что скачка фазы не происходит.

В итоге между лучами 1 и 2 возникает дополнительная разность фаз, равная π. Её можно учесть, добавив к разности хода . В результате

.