Методы наблюдения интерференции света

Принцип получения когерентных лучей путём разделения волны на две части, проходящие различные пути, может быть практически осуществлён различными способами – с помощью экранов и щелей, зеркал и преломляющих тел.

Например, в опыте Юнга свет из точечного источника проходит через два равноудалённых отверстия, являющимися как бы двумя когерентными источниками. Интерференционная картина наблюдается на экране, расположенном на некотором расстоянии параллельно прямой, проходящей через отверстия.

Зеркала Френеля представляют собой два плоских зеркала, расположенных под углом, близким к 180 ˚ друг к другу. Источник испускает свет, отражающийся от обоих зеркал и попадающий на экран, защищённый от прямого попадания лучей специальным кожухом.

В случае получения когерентных лучей с помощью бипризмы Френеля мнимые когерентные источники возникают в результате преломления света, испускаемого источником, в бипризме.

Интерференционная картина в клине переменной толщины

Возьмём пластинку в виде клина с углом при вершине φ (рис. 3). Пусть на неё падает параллельный пучок лучей. Лучи, отразившись от разных поверхностей пластинки, не будут уже параллельными. Два практически сливающихся луча (на рисунке они изображены в виде одной линии, обозначенной цифрой 1^’) пересекаются после отражения в точке Q’. Два практически сливающихся луча 1” пересекаются в точке Q”. Можно показать, что точки Q’, Q” и другие аналогичные точки лежат в одной плоскости , проходящей через вершину клина О. отразившийся от нижней поверхности клина луч 1’ и отразившийся от верхней поверхности луч 2’ пересекутся в точке R’, расположенной ближе к клину, чем Q’. Аналогичные лучи 1’ и 3’ перекуся в точке P’, отстоящей от поверхности клина дальше, чем Q’.

Направления распространения волн, отражённых от верхней и нижней поверхностёй не совпадают. Временная когерентность будет соблюдаться только для частей волн, отразившихся от мест клина с одинаковой толщиной, вследствие чего их называют полосами равной толщины.

Рисунок 3 - Схема наблюдения полос равной толщины

Практически полосы равной толщины наблюдают, поместив вблизи клина линзу и за ней экран.(Роль линзы может играть хрусталик глаза, а роль экрана – сетчатка).

При наблюдении в белом свете полосы будут окрашенными, так что поверхность пластинки или плёнки представляется имеющей радужную окраску. Например, такую окраску имеют, расплывшиеся на поверхности воды тонкие плёнки нефти или масла, а также мыльные пленки.

Кольца Ньютона

Интерференционная картина от клина переменной толщины впервые была изучена ещё Ньютоном. Плосковыпуклая линза очень большого радиуса кривизны (10–: 100 м) прижимается выпуклой стороной к плоской пластинке так, что между ними образуется воздушный клин переменной толщины d.(рисунок 4)

Толщина этого клина зависит от расположения точки В, характеризуемого радиусом r.

Из прямоугольного треугольника АВС имеем

или (3)

п

Рисунок 4 – Схема для наблюдения колец Ньютона

учок параллельных лучей падает сверху на линзу. Луч, доходящий до точки В, частично отражается, а частично проходит в воздушный клин (практически вертикально, из-за малой кривизны линзы). Отражаясь в точке D от пластинки, он возвращается обратно и интерферирует с лучом, отражённым в точке В. Так как в точке D происходит отражение от оптически более плотной среды и теряется полволны, то оптическая разность хода обоих интерферирующих отражённых лучей будет

(4)

при освещении системы монохроматическими лучами в отражённом свете будут наблюдаться перемежающиеся светлые и тёмные кольца постоянных радиусов r = const.

Радиусы тёмных колец определяются из условия гашения

, т. е.

, где k номер кольца,

и окончательно радиус k-го тёмного кольца равен:

. (5)

Радиусы последовательных светлых колец находятся из условия максимумов

и равны

(6)

Счёт тёмных колец начинается с k=0, т. е. от самого центра интерференционной картины. Счёт светлых колец начинается с k=1. радиусы колец растут пропорционально корню квадратному из их номера k, т. е. чем дальше от центра , тем эти кольца располагаются гуще, как показ на рис.

При освещении прибора белым светом светлые кольца становятся соответственно окрашенными .

Измеряя радиусы колец r_k, можно(зная радиус кривизны линзы R) определить длину волны освещавшего прибор света λ₀ и обратно – по известной длине волны λ₀ найти радиус кривизны линзы R.