3. Волновая природа света. Понятие о когерентности. Интерф. Света. Опыт Юнга.

Согласно волн-й теории свет – упругая волна, распр-ся в особой среде – эфире. Эфир заполняет всё мир-е простр-во, прониз-т все тела и облад-т мех-ми свойс-ми – упруг-ю и плот-ю. Волн-я теория основ-ся на принц. Гюйгенса: каждая точка, до кот. доходит волна служит центром вторич-х волн, а огибающая этих волн даёт полож-е волн-го фронта в след-й момент врем. Недост-ми волн-й теории явл., например, объяснение явл-й интерфер-и, дифр-и и поляриз-и только в случае, когда свет-е волны поперечные, невозм-ть объяснения физ-й природы наличия разных цветов.

Когерентность света – взаимная соглас-ть протек-я во врем. свет-х колеб-й в разных точках простр-а и (или) времени, характер-я их спос-ть к интерфер-и. В общем случ. свет.е колеб-я частично когер-ны и количественно их

когер-ть измер-ся степенью взаимной когер-ти, к-рая опред-т контраст интерфер-й картины в том или ином интерференц. экспер-те. Усл-ю когер-ти удовл-т монохроматичные волны – неогранич-е в простр-ве волны одной опред-й и строго пост-й частоты. Т.к. ни один реальный источ. не даёт строго монохром-го света, то волны от независ-х источ. света всегда некогер-ны. В двух самост-х источ. света атомы излуч. незав-мо друг от друга. Прерывистое изл-е света атомами в виде отдель-х коротких имп-в наз. волновым цугом. Любой немонохр-й свет мож. предст-ть в виде совокуп. Сменяющих друг друга незав-х гарм-х цугов. Средняя продолж-ть одного цуга τ_ког наз. временем когер-ти. Когер-ть сущ. только в пределах одного цуга, и время когер-ти не мож. прев-ть время изл-я, т.е. τ_ког<τ. Если волна распр. в однор-й среде, то фаза колеб-й в опред-й точке простр. сохр-ся только в теч-е времени τ_ког. За это время волна распр. в вакууме на расст. l_ког=сτ_ког, наз-е длиной когер-ти (или длиной цуга). => набл-е интерфер-и света возм-но лишь при опт-х разностях хода, меньших длины когер-ти для используемого источ. света. Когер-ть колеб-й, кот. соверш-ся в одной и той же точке простр., определяемая степенью монохр-ти волн, наз. временнόй когер-ю. Два источ., размеры и взаимное распол-е кот. позв-т набл-ть интерфер-ю наз. пространственно-когер-ми. Радиусом когер-ти наз. макс-е поперечное направ-ю распр-я волны расст-е, на кот. возм-но проявл-е интер-и. Т.о. простр-я когер-ть опред-ся радиусом когер-ти r_ког=λ/φ, где λ – длина волны света, φ – угловой размер источ.

Интерфер-я света.

Пусть две монохр-е свет-е волны, наклад-сь друг на друга, возбуж-т в опред-й точке простр-ва колеб-я одинак-го направ: x₁=A₁cos(ωt+φ₁) и x₂=A₂cos(ωt+φ₂). Под х поним-т напряж-ть электр-го Е или магн-го Н полей волны, векторы Е и Н колеб-ся во взаимно перпен-х плос-х. Напряж-ти эл. и магн. полей подчин-ся принц. суперпоз-и. Амплитуда результир-го колеб-я в данной точке A²=A₁²+A₂²+2A₁A₂cos(φ₂-φ₁). Т.к. волны когер-ны, то cos(φ₂-φ₁) имеет пост-е во времени знач., поэт. интен-ть результир-й волны (I~A²)

В точках простр., где cos(φ₂-φ₁)>0, интен-ть I>I₁+I₂, где cos(φ₂-φ₁)<0, I<I₁+I₂. => при налож-и двух (или неск-х) когер-х свет-х волн проис-т пространственное перераспред-е свет-го потока, в резуль. чего в одних местах возник-т макс-мы, а в других – мин-мы интен-ти. Это явл. наз. интерфер-й света. Для получ-я когер-х свет-х волн прим.т метод раздел-я волны от одного источ. на две части, кот-е после прохожд-я разныз опт-х путей наклад-ся друг на друга, и набл-ся интерфер-я картина. Пусть раздел-е волны проис-т в опред-й точке О. До точки М, в кот. набл-ся интер-я картина, одна волна в среде с показ-м прел-я n₁ прошла путь s₁, вторая – в среде с показ-м прел-я n₂ – путь s₂. Если в точке О фаза колеб-й равна ωt, то в точке М первая волна возб-т колеб-я A₁cosω(t-s₁/υ₁), вторая волна – колеб-е A₂cosω(t-s₂/υ₂), где υ₁=c/n₁, υ₂=c/n₂ – соот-но фазовая скор. первой и втор. волны. Разность фаз колеб-й, возб-х в точке М, равна

(с учётом, что ω/c=2πν/c=2π/λ₀, где λ₀ – длина волны в вакууме). Произведение геометр-й длины пути s свет-й волны в данной среде на показ-ль прел-я n этой среды наз. опт-й длиной пути L, ∆=L₂-L₁ – разность опт-х длин проходимых волнами путей – наз. опт-й разностью хода. Если опт-я раз. хода равна целому числу длин волн в вакууме (*) ∆=±mλ₀ (m=0, 1, 2,…), то δ=±2πm, и колеб-я, возбуждаемые в точке М обеими волнами, будут проис-ть в один-й фазе. След-но, (*) явл. усл-м интерфер-го макс-ма. Если опт-я раз. хода ∆=±(2m+1) λ₀/2, то δ=±(2m+1)π, и колеб-я, возбуждаемые в точке М, будут проис-ть в противофазе. => это есть усл-е интер-го мин-ма.

Опыт Юнга.

И сточ-м света служит ярко освещённая щель S (рис. 1), от кот. свет-я волна пад-т на две равноудалённые узкие щели S₁ и S₂, парал-е щели S. Т.о., щели S₁ и S₂ играют роль когер-х источ. Интер-я картина (область ВС) набл-ся на экране (Э), распол-м не некот-м расст. парал-но S₁ и S₂.