Методы получения интерференции

Поскольку свет от обычных (не лазерных) источников света не является монохроматическим, для наблюдения интерференционной картины необходимо свет от одного источника разделить на два пучка и соблюсти некоторые условия. Эти условия сформулированы ранее и в общем случае сводятся к выполнению требований временной и пространственной когерентности пучков. Существует множество схем интерференции света. Условно их можно разделить на две группы, отличающиеся методом создания когерентных пучков: интерференция, получаемая методом деления волнового фронта и интерференция, получаемая методом деления амплитуды. Рассмотрим их.

Интерференция, получаемая делением волнового фронта

М етод Юнга. Свет пропускается через узкую щель в непрозрачном экране и падает на две узкие щели и . Поскольку волны, исходящие из щелей и , получены делением одного и того же волнового фронта, исходящего из щели , то они являются когерентными и в области перекрытия этих световых пучков наблюдается интерференционная картина в виде чередующихся параллельных светлых и тёмных полос. В зависимости от разности хода до экрана происходит усиление или ослабление волн и на экране наблюдается чередование светлых и темных полос. Этот простейший опыт по интерференции света позволил Юнгу в 1802 году впервые объяснить результаты сложения световых пучков на основе волновых представлений.

Бипризма Френеля. В этой схеме для разделения исходной световой волны используют двойную призму Б (бипризму) с малым преломляющим углом (пси). Источником света служит ярко освещенная узкая щель , параллельная преломляющему ребру бипризмы. Поскольку преломляющий угол бипризмы очень мал (порядка десятка угловых минут), то все лучи отклоняются бипризмой на практически одинаковый угол . В результате образуются две когерентные волны, как бы исходящие из мнимых источников и , лежащих в одной плоскости со щелью . Наблюдаемая интерференционная картина имеет вид чередующихся параллельных светлых и тёмных полос.

О пределим ширину интерференционной линии, используя записанную ранее формулу: , где - расстояние от источников до экрана. Учитывая, что расстояние между изображениями и щели равно , а , получим:

.

Видно, что ширина полос тем больше, чем больше расстояние от призмы до экрана.

Б изеркала Френеля. Здесь две когерентные световые волны получаются при отражении от двух зеркал, плоскости которых образуют небольшой угол .

Источник света – узкая ярко освещённая щель S, параллельная линии пересечения зеркал. Отражённые от зеркал пучки падают на экран Э и там, где они перекрываются (зона интерференции), возникает интерференционная картина в виде полос, параллельных щели S. Отражённые от зеркал волны распространяются так, как если бы они исходили из мнимых источников S₁ и S₂, являющихся изображением щели S.

Ширина интерференционной полосы x на экране Э будет равна.

Видно, что ширина полос растёт с увеличением расстояния b. Если же на бизеркала падает плоская волна, т.е. a  , то имеем.

Т.е. ширина полос в этом случае не зависит от расстояния b – положения экрана.

Билинза Бийе. Обычную собирающую линзу разрезают пополам по диаметру, удаляя слой небольшой толщины, или обе половинки её сдвигают (или немного раздвигают). Такую систему называют билинзой. Рассмотрим билинзу, у которой толщина удалённого слоя равна , а источник – ярко освещённая щель S расположен в плоскости, соединяющей обе половинки билинзы, и находится в её фокальной плоскости на расстоянии f от билинзы. В этом случае оптический центр O₁ верхней половинки 1 билинзы и оптический центр O₂ нижней половинки 2 расположены, как показано на рисунке. Расстояние между этими оптическими центрами равно толщине удалённого слоя . Изобразив пунктиром побочные оптические оси, проходящие через щель S, и оптические центры обеих половинок билинзы, можно построить и ход лучей через эти половинки.

Т аким образом, билинза расщепляет падающую на неё световую волну на две части, которые затем частично перекрываются (зона интерференции). На экране Э в области перекрытия волн возникает интерференционная картина в виде парабол. Ширина x интерференционной полосы будет равна.

Отсюда следует, что ширина полосы x в данном случае не зависит от расстояния между экраном и билинзой.