§ 2. Классические интерференционные схемы

Выше мы установили, что одним из условий получения интерференционной картины является когерентность взаимодействующих волн, то есть постоянство (в течение времени наблюдения) разности фаз колебаний, возбуждаемых этими волнами. Из (4) следует, что разность фаз колебаний будет оставаться постоянной, если частоты взаимодействующих волн совпадают (т.е. волны монохроматические) и разность начальных фаз также остается постоянной. В силу поперечности электромагнитных волн названное условие необходимо дополнить еще одним, а именно: колебания векторов взаимодействующих волн должны совершаться вдоль одного и того же направления. Если направления колебаний векторов у взаимодействующих волн будут отличаться, то контраст интерференционной картины будет ухудшаться, а для взаимно перпендикулярных колебаний интерференция не будет наблюдаться вообще.

Опыт показывает, что при наложении света от двух (или большего числа) независимых источников никогда не удается наблюдать явление интерференции. Связано это с тем, что волны, излучаемые независимыми источниками света, некогерентны. Атомы светящегося вещества (источника света) излучают свет независимо друг от друга. Поэтому начальные фазы соответствующих им цугов (волновым цугом называется регулярная последовательность распространяющихся электромагнитных колебаний, испускаемых атомом за время радиационного излучения _p (_p ~ 10^-8 c). Произведение _р на скорость распространения волны называется длиной цуга l_p.), излучаемых каждым атомом за один акт, не связаны между собой. Даже для отдельного излучающего атома начальные фазы разных цугов хаотически изменяются от одного акта излучения к другому. Кроме того, ориентация в пространстве вектора различных волн, излученных атомами вещества источника света, хаотична.

Все сказанное справедливо для самопроизвольного (спонтанного) излучения атомов вещества, осуществляющегося во всех источниках света, кроме лазерных. Основой лазерного излучения является вынужденное излучение (когда вторичные волны излучаемых атомов индуцируются первичной волной, в результате чего частоты, начальные фазы и направления колебаний вторичных волн совпадают с аналогичными параметрами первичной волны). Поэтому лазерные источники являются когерентными.

Чтобы создать когерентные волны при помощи обычных тепловых источников света, используют предложенный в 1816 году Френелем прием искусственного разделения света (излучаемого атомами одного и того же источника) на две или несколько волн, которые в силу общности происхождения оказываются когерентными (строго говоря, когерентными являются “родные” половинки цугов, присутствующие в каждой волне). Результат интерференции этих волн зависит от разности фаз , приобретенной ими при прохождении от источников света до рассматриваемой точки интерференционной картины. Следует подчеркнуть, что в силу ограниченности длины цугов наблюдение интерференции возможно только при не слишком больших оптических разностях хода волн ( << l_p).

Существует целый ряд способов получения когерентных источников для наблюдения интерференционной картины: метод щелей Юнга, метод эеркал Френеля, метод бипризмы Френеля, метод зеркала Ллойда и др.