Когерентная и нелинейная оптика. Лекция 3

Интерференция монохроматического света

Интерференция света – пространственное перераспределение энергии излучения при наложении двух или более световых волн.

Рассмотрим две монохроматические волны: E1 и E2.

По принципу суперпозиции волн результирующая волна: E E1 E2

интерференционное слагаемое

Или в терминах интенсивности: I I1 I2 Iинтерференц

В зависимости от поляризации интерферирующих волн могут быть варианты:

Интерференция возможна. Найдем зависимость E(r) по методу векторных диаграмм.

Амплитуду результирующей волны найдем по методу векторных диаграмм:

Найдем пространственное распределение максимумов и минимумов интерференционной картины.

Поверхности равных интенсивностей kr const

представляют собой плоскости, перпендикулярные результирующему вектору k.

Условие максимума: cos kr 2 1 1

Условие минимума: cos kr 2 1 1

Введем понятие разности хода.

Геометрической разностью хода называется разность расстояний, проходимых волнами от источников, до точки их пересечения.

Геометрической разностью хода называется разность расстояний, проходимых

волнами от источников, до точки их пересечения.

l2 l1

Оптической разностью хода называется разность произведений расстояний, проходимых волнами от источников, до точки их пересечения на показатель

преломления среды, в которой распространялись эти волны.

l2n2 l1n1

Тогда условие максимумов и минимумов интерференционной картины:

Максимум – составляет четное число полуволн; минимум – нечетное число полуволн. Распределение интенсивности на экране:

I x 2I при интерференции происходит только перераспределение 0 интенсивности на экране.

Понятие когерентности

Когерентность – согласованное протекание волновых процессов, когда между колебаниями с одинаковой частотой имеется постоянная разность фаз.

Идеальная монохроматическая волна, с неизменной амплитудой и бесконечной длительностью.

Каждая ее точка когерентна любой другой точке волны.

Квазимонохроматическая волна, конечная по времени (волновой цуг)

Характерное время затухания:

Число колебаний в цуге ~ 107 Когерентность существует только в пределах одного цуга. Волны от разных цугов

Условие наблюдения интерференции: < lког

Способы получения когерентных волн в оптике

С некогерентными источниками только один путь – деление исходной волны:

1) Деление амплитуды волны; 2) Деление фронта волны. Рассмотрим примеры различных видов деления:

Опыт Юнга (деление фронта).

Исторически первый способ получения интерференционной картины в 1802 г был реализован Томасом Юнгом.

Источник: videodisc.tv

Расстояние между вторичными источниками д.б. намного меньше расстояния до экрана.

Бизеркало Френеля

Два зеркала составляют друг с другом угол, близкий к π. Интерферируют волны от двух мнимых изображений S1 и S2 источника S.

Оптическая длина пути. Таутохронизм оптических систем

Пути с одинаковой оптической длиной называются таутохронными, т.е. проходимыми за одинаковое время.

Формирование оптического изображения – интерференционный эффект.

Интерференция в тонких пленках

= const если θ=const – полосы равного наклона;

Освещение пластинки расходящимся пучком света, локализация полос на ∞. = const если h=const – полосы равной толщины;

Освещение пластинки ││ пучком света, локализация полос на поверхности пленки.

Поскольку при отражении от поверхности пластинки I1 ~ I2 ~ 0.05I0 то получается хорошая контрастность полос.