9. Получение когерентных волн. Сходственные (сопряженные) цуги.
Для получения когерентных световых волн с помощью обычных (нелазерных) источников применяют метод разделения света от одного источника на две или нескольких систем волн (световых пучков). В каждой из них представлено излучение одних и тех же атомов источника, так что эти волны когерентны между собой и интерферируют при наложении.
Разделение света на когерентные пучки можно осуществить с помощью экранов и щелей, зеркал и преломляющих тел. Рассмотрим некоторые из этих методов.
Метод Юнга
|
Источником света служит ярко освещенная щель S, от которой световая волна падает на две узкие щели S1 и S2, параллельные щели S. Таким образом, щели S1 и S2 играют роль когерентных источников. На экране Э (область ВС) наблюдается интерференционная картина в виде чередующихся светлых и темных полос. |
2.Бипризма Френеля.
|
Она состоит из двух одинаковых сложенных основаниями призм. Свет от источника S преломляется в обеих призмах, в результате чего за призмой распространяются лучи, как бы исходящие от мнимых источников S1 и S2, являющихся когерентными. Таким образом, на экране Э (область ВС) наблюдается интерференционная картина. |
Для каждого цуга волн в одной из групп, соответствующего какому-нибудь акту излучения, имеется по одному сходственному цугу во всех других группах.
Следует подчеркнуть, что в силу ограниченности промежутка времени т излучения каждого цуга наблюдение интерференции возможно лишь при не слишком больших значениях ЛФ и соответствующих им разностей хода волн.
А/ = — 5= т, то каждый цуг из одной группы не сможет ветре
WQ титься с когерентным с ним сходственным цугом второй группы.
Четкость интерференционной картины при неизменном отношении интенсивностеи обеих групп волн должна быть тем больше, чем больше относительная продолжительность (т — А) /т интерференции сходственных цугов волн, т.
Если бы каждый цуг волн был строго монохроматичным (т = ∞), то устойчивая интерференционная картина наблюдалась бы при любых разностях хода.
10. Интерференционная картина от двух когерентных источников. Оптическая длина пути. Оптическая разность хода. Таутохронизм.
Рассмотрим более подробно основные
свойства интерференционной картины,
создаваемой двумя источниками
электромагнитных волн одинаковой
интенсивности и наблюдаемой на плоском
экране, расположенным на расстоянии
от плоскости расположения от источников.
В качестве таких источников могут
мыслиться, например две бесконечно-узкие,
параллельные друг - другу щели или два
отверстия бесконечно малого диаметра,
расстояние между которыми
,
прорезанные в плоском непрозрачном
экране (рис. 4.3a). Пусть источники
электромагнитных волн располагаются
в однородной среде с показателем
преломления n.
Рис. 4.3a.
Область, в которой волны источников
перекрываются, называется полем
интерференции. В поле интерференции
имеются места, где волны источников
будут складываться в фазе. В этих местах
будут отмечаться максимумы интенсивности
электромагнитного поля. Там же, где
волны будут складываться в противофазе
- минимальная интенсивность . Если в
поле интерференции поместить непрозрачный
экран, то будет наблюдается чередование
светлых и тёмных полос (рис. 4.3a),
представляющие собой интерференционную
картину. Параметрами интерференционной
картины являются положение её максимумов
и минимумов
,
а также связанная с ними ширина полос
интерференционной картины
(рис. 4.3a).
Оптической длиной пути между точками А и В прозрачной среды; расстояние, на которое свет (Оптическое излучение) распространился бы в вакууме за время его прохождения от А до В. Оптической длиной пути в однородной среде называется произведение расстояния, пройденного светом в среде с показателем преломления n, на показатель преломления:
Для неоднородной среды необходимо разбить геометрическую длину на столь малые промежутки, что можно было бы считать на этом промежутке показатель преломления постоянным:
Полная оптическая длина пути находится интегрированием:
Оптическая разность хода - это разность оптических длин путей световых волн, имеющих общие начальную и конечную точки. В кристаллооптике разность хода обозначается R. По определению
R = n1s1 − n2s2
В кристаллических анизотропных средах разность хода возникает из-за разных скоростей двух лучей в направлении, отличном от оптической оси.
Рассмотрим разность хода лучей, возникающую при прохождении света через зерно в шлифе.
На кристалл попадает пучок параллельных волн, перпендикулярных спилу. Поэтому угол падения равен нулю и отклонений по направлению не происходит. Поэтому выражение для R преобразуется в (d - толщина шлифа):
R = (n1 − n2)d = (ng' − np')d
Так как для исследований важна максимальная интерференционная окраска, возникающая при максимальной разности хода, то это выражение переписывается в виде
R = (ng − np)d = Δd
ТАУТОХРОНИЗМ - равенство оптических длин различных путей между двумя точками, обеспечивающее одинаковое время распространения света по этим путям.