29. Інтерференція світла

І

Рис. 6.5

нтерференція світла – це явище накладання когерентних світлових хвиль, в результаті якого відбувається перерозподіл світлової енергії в просторі. В точках простору, куди когерентні хвилі приходять у фазі, вони підсилюють одна одну; в точках, куди вони попадають у протифазі, відбувається послаблення світла. На екрані спостерігається характерна інтерференційна картина у вигляді чергування темних і світлих смуг – максимумів і мінімумів освітленості, якщо падаюче світло монохроматичне. Відмітимо, що сказане має місце лише тоді, коли напрямки коливань світлового вектора обох хвиль співпадають.

У випадку максимуму інтенсивності інтерференційної картини в оптичній різниці ходу двох когерентних хвиль вкладається ціле число довжин хвиль (у вакуумі) , тобто

. (6.12)

Мінімум інтерференції спостерігається, коли в оптичній різниці ходу вкладається непарне число півхвиль, тобто

. (6.13)

Когерентні хвилі отримують двома способами: поділом фронту хвилі та поділом амплітуди хвилі. До поділу фронту хвилі можна віднести такі схеми утворення когерентних хвиль: дослід Юнга, дзеркала Френеля, біпризма Френеля.

. Умови максимумів і мінімумів для інтерференційної картини, утвореної когерентними хвилями, відбитими від обох поверхонь платівки:

Тут k = 2m, де m - ціле, для мінімумів і k = 2m +1 для максимумів. Якщо відображення від обох поверхонь пластинки відбуваються з втратами λ. / 2 (або без них), то інтерференційна картина зміщується на півшпальти, тобто значення k = 2m відповідають інтерференційних максимумів, а k = 2m +1 - мінімумів.

Застосування

Явище інтерференції світла лежить в основі роботи численних оптичних приладів – інтерферометрів, за допомогою яких з великою точністю вимірюють довжину світлових хвиль, лінійні розміри тіл та їх зміну, а також вимірюють показники заломлення речовин.

Зокрема, на рис. 6.12 зображена схема інтерферометра Майкельсона. Світло від джерела S падає під кутом 45 на напівпрозору пластину Р₁. Половина падаючого пучка світла відбивається в напрямку променя 1, половина проходить к

Рис. 6.12

різь пластину в напрямку променя 2. Пучок 1 відбивається дзеркалом М₁ і, повертаючись назад, знову проходить через пластину Р₁ ( ). Пучок світла 2 йде до дзеркала М₂, відбивається від нього і, відбившись від пластини Р₁, йде в напрямку променя 2. Оскільки промінь 1 проходить крізь пластину Р₁ тричі, а промінь 2 лише один раз, то для компенсації різниці ходу на шляху променя 2 ставиться пластина Р₂ (така ж сама як і Р₁, але без напівпрозорого покриття).

Промені 1 і 2 когерентні і тому буде спостерігатися інтерференція. Оптична різниця ходу між ними

,

де n – показник заломлення середовища, а і – відстані від точки О до дзеркал М₁ та М₂.

Інтерференційна картина залежить від положення дзеркал і геометрії пучка світла, який падає на прилад. Якщо падаючий пучок паралельний, а площини дзеркал М₁ і М₂ майже перпендикулярні, то в полі зору спостерігаються інтерференційні смуги рівної товщини. Зміщення картинки на одну смугу відповідає зміщенню одного із дзеркал на відстань Таким чином, інтерферометр Майкельсона використовується для точних вимірювань довжини. Абсолютна похибка при таких вимірюваннях складає 10^-11 (м). Інтерферометр Майкельсона також можна використати для вимірювання малих змін показників заломлення прозорих тіл в залежності від тиску, температури, домішок.

О.Смакула розробив спосіб просвітлення оптичних пристроїв для зменшення втрат світла, зумовлених його відбиванням від заломних поверхонь. У складних об’єктивах число відбивань велике, тому втрати світлового потоку досить значні. Щоб елементи оптичних систем зробити просвітленими, їх поверхні покривають прозорими плівками, показник заломлення яких менший, ніж скла. При відбиванні світла на межі поділу повітря-плівка і плівка-скло виникає інтерференція відбитих хвиль. Товщину плівки d і показники заломлення скла n_c та плівки n підбирають так, щоб відбиті хвилі гасили одна одну. Для цього їх амплітуди повинні бути рівними, а оптична різниця ходу відповідати умові мінімуму. Амплітуди відбитих хвиль будуть рівними при . Умова мінімуму при нормальному падінні світла має вигляд

Для мінімальної товщини (m = 0)

Отже, при товщині плівки і показнику заломлення плівки спостерігається гасіння відбитих хвиль. В цьому суть просвітлення оптики.