Физика_1 / 52

52.волновая поверхность. принцип Гюйгенса-Френеля. Интерференция света. Когерентные источники света.

Волновой поверхностью называется геометрическое место точек среды, колеблющихся в фазе.

Волновым фронтом называется геометрическое место точек, до которого к некоторому моменту времени дошел колебательный процесс. Волновой фронт – частный случай волновой поверхности. Волновой фронт все время перемещается. Направление распространения колебаний в пространстве происходят вдоль прямых (лучей), которые перпендикулярны волновому фронту.Форма волнового фронта определяет вид волны: сферические (от точечного источника в изотропной среде), эллиптические (от точечного источника в анизотропной среде), цилиндрические (от протяженных источников в виде нити), плоские (от протяженного источника в виде плоскости) и другие. На достаточно большом расстоянии от источника небольшой участок любого фронта можно считать плоским. Принцип Гюйгенса-Френеля.

Явление дифракции(огибание волнами препятствий) описывается принципом Гюйгенса-Френеля:световая волна,возбуждаемая каким-либо источником света S,может быть представлена как результат суперпозиции когерентных вторичных волн,»излучаемых»фиктивными источниками. такими источниками могут служить бесконечно малые элементы любой замкнутой поверхности,охватывающей источник S. Обычно выбирают одну из волновых поверхностей,поэтому все фиктивные источники действуют синфазно. таким образом,волны,распространяющиеся от источника,являются результатом интерференции всех когерентных вторичных волн. Френель исключил возможность возникновения обратных вторичных волн и предположил,что если между источником и точкой наблюдения находится непрозрачный экран с отверстием,то на поверхности экрана амплитуда вторичных волн равна нулю,а в отверстии такая же как в отсутствие экрана. учет амплитуд и фаз вторичных волн позволяет в каждом конкретном случае найти амплитуду(интенсивность)результирующей волны в любой точке пространства.

Интерференция света.

Предположим,что 2 монохроматические(неограниченные в пространстве волны с одной определенной и постоянной частотой)световые волны,накладываясь друг на друга,возбуждают в определенной точке пространства колебания одинакового направления:

под х понимают напряженность электрического и магнитного полей волны. эти напряженности подчиняются принципу суперпозиции. амплитуда результирующего колебания в данной точке

т.к. волны когерентны(когерентность-согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов),то

имеет постоянное во времени значение,поэтому интенсивность результирующей волны :

В точках пространства где

интенсивность тоже меньше,если в точках пространства

то интенсивность тоже больше.

Следовательно,при наложении 2(или нескольких)когерентных волн происходит пространственное перераспределение светового потока,в результате чего в одних местах возникают максимумы интенсивности,а в других минимумы. Это явление называется интерференцией света.

Чтобы наблюдать интерференцию нужны когерентные источники света. для получения когерентных лучей необходимо свет от одного и того же источника разделить на два пучка и затем наложить их друг на друга так,чтобы разность хода между интерферирующими лучами была меньше длины когерентности.(

)

1.метод Юнга:источником света служит ярко освещенная щель S,от которой световая волна падает на две узкие равноудаленные щели S1 и S2,параллельные щели S. энтерференционную картину наблюдаем на отрезке ВС.

2.Зеркала Френеля:свет от источника S падает расходящимся пучком на два плоских зеркала А1О и А2О,расположенных относительно друг друга под углом(очень мал).Световые пучки,отражаясь от обоих зеркал образуют 2 мнимых изображения источника S1 и S2,которые когерентны .Интерференционная картина(на рисунке затонирована),наблюдается в области взаимного перекрывания световых пучков.

3.бипризма Френеля:она состоит из 2 одинаковых,сложенных основаниями призм с малыми преломляющими углами .свет от источника S преломляется в обеих призмах ,за бипризмой распространяются световые лучи,как бы исходящих из мнимых источников S1и S2,явл. Когерентными. на экране наблюдается интерференция( затонированая область)