Всё многообразие изученных свойств и законов распространения света. Его взаимодействия

свеществом показывают, что свет имеет сложную природу.

В20-е годы 20-го века была создана квантовая механика, в рамках которой удалось объединить корпускулярные и волновые явления.

Свет – достаточно сложный объект, в одних случаях проявляется его волновые свойства в других корпускулярные (на расстояние l > λ -проявляются волновые свойства, а на расстояние l < λ-корпускулярные), он единство дискретности и непрерывности.

Итак, свет обладает корпускулярно - волновым дуализмом и световые явления можно разделить на две группы: волновые и корпускулярные.

§20. Явление интерференции

Интерференцию света можно объяснить, рассматривая интерференцию волн (т.е. наложение волн).

Необходимым условием интерференции волн является их когерентность, т.е. согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов.

Этому условию удовлетворяют монохроматические волны, т.е. неограниченные в пространстве волны одной определенной и строго постоянной частоты.

Ни один реальный источник не дает строго монохроматического света, следовательно, волны, излучаемые, любыми независимыми источниками света, всегда не когерентны.

Предположим, что две монохроматические световые волны, накладываясь, друг на друга, возбуждают в определенной точке пространства колебания одинакового направления:

Под величиной x понимают напряженность электрического E или магнитного H полей волны. Векторы E и H колеблются во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Напряженности электрического и магнитного полей подчиняются принципу суперпозиции. Амплитуда результирующего колебания в данной точке:

Т.к. волны когерентны, то cos(ϕ2 −ϕ1 ) имеет постоянное во времени (но свое для каждой точки пространства) значение, поэтому введём интенсивность результирующей волны так:

Интенсивность света I- это скалярная величина, модуль которой есть среднее значение по времени плотности потока энергии, переносимой волной в данной точке пространства. Численно величина интенсивности пропорциональна квадрату амплитуды

где А2 = nЕ2m, a Em – амплитуда напряженности электрического поля.

Интенсивность результирующая при наложении двух когерентных волн определяется соотношением (20.4):

4

т.е. минимальна.

Следовательно, при наложении двух (или нескольких) когерентных световых волн происходит пространственное перераспределение светового потока, в результате чего в одних местах возникает max, а в других min интенсивности. Это явление называется интерференцией света.

Условия максимума и минимума при интерференции

Как можно создать условия, необходимые для возникновения интерференции световых волн? Для получения когерентных световых волн применяют метод разделения волны, излучаемой одним источником, на две части, которые после прохождения разных оптических путей накладываются друг на друга, и наблюдается интерференционная картина.

Пусть разделение на две когерентные волны происходит в определенной точке О. В этой точке фаза волны равна. ω t

Первая волна распространяется в среде с коэффициентом преломления n1 и проходит в этой среде геометрический путь S1 .

Вторая волна распространяется в среде с коэффициентом преломления n2 и проходит в данной среде путь S2 .

где υ1 и υ2 – фазовые скорости первой и второй волн.

Пусть эти две волны накладываются друг на друга в точке М, тогда первая волна в точке М

возбудит колебание А1соsω(t − S1 ) ; вторая волна в точке М тоже возбудит колебание

υ1

А2 соsω(t − υS2 ) .

2

Найдем разность фаз колебаний, накладываемых в точке М:

где λ0 – длина волны в вакууме.

Геометрической разностью хода двух волн будем называть величину, равную длин путей, пройденных волнами:

Произведение геометрической длины пути S световой волны на коэффициент преломления n будем называть оптической длиной пути L:

Разность двух оптических длин будем называть оптической разностью хода. Она равна:

5