§2. Интерференция света.

Прежде всего, остановимся на нескольких основополагающих понятиях, знание которых весьма важно для рассмотрения явления интерференции.

.22.1. Принцип суперпозиции.

ФОРМУЛИРОВКА: Если в среде имеется несколько источников колебаний, то исходящие от них волны распространяются независимо друг от друга и после взаимного пересечения расходятся, не имея никаких следов предшествующей встречи.

Это положение справедливо только при небольших амплитудах волн. К ударным волнам принцип суперпозиции не применим. Принцип суперпозиции² может нарушаться для световых волн большой интенсивности (раздел оптики, изучающий эффекты, наблюдаемые в этом случае, называется нелинейной оптикой).

Принцип суперпозиции применим и к звуковым волнам, и к радиоволнам, и к световым волнам с низкой интенсивностью.

Поскольку волны не взаимодействуют друг с другом, то каждая область пространства, куда приходят две или несколько волн, будет принимать участие в колебаниях, вызванных каждой волной в отдельности. Для того, чтобы найти результирующее смещение в данной точке пространства, нужно найти смещение, вызванное каждой волной, а затем сложить их либо векторно, либо скалярно, если они происходят вдоль одной прямой.

Результат сложения - результирующая волна - зависит от соотношения фаз, периодов и амплитуд встречающихся волн.

Большой практический интерес представляет случай сложения двух (или нескольких) волн, имеющих постоянную разность фаз. Такие волны и создающие их источники называются когерентными³. А сложение когерентных волн, при котором происходит пространственное перераспределение энергии, называется интерференцией⁴.

Нетрудно понять, что никакие два святящихся тела не могут быть когерентными источниками света. В самом деле, свет, исходящий от светящегося тела (например, нити электролампы), представляет собой совокупность множества электромагнитных волн, излучаемых отдельными частицами (атомами и молекулами). Условия излучения этих частиц очень быстро и хаотически изменяются. Поэтому излучение двух таких источников света не является когерентным.

Как правило, для получения когерентных источников прибегают к искусственному приему: «раздваивают» свет, исходящий от одного источника.

Рис. 2

Рис. 3

К этому же приему прибег в 1801г. Томас Юнг, который наблюдал интерференцию света с помощью следующей установки (рис.2), состоящей из источника света A и экрана с двумя узкими щелями S₁ и S₂ (или малыми отверстиями). В соответствии с принципом ГюйгенсаФренеля источник света A создает в отверстиях экрана вторичные источники света S₁ и S₂. Очевидно, что всякое изменение фазы волн, излучаемых основным источником A, сопровождается точно такими же изменениями фаз волн, излучаемых вторичными источниками S₁ и S₂. Следовательно, у волн, излучаемых источниками S₁ и S₂, разность фаз все время остается постоянной, т.е. эти источники являются когерентными. На экране, расположенном за источниками в области перекрытия волн от источников S₁ и S₂ возникает интерференционная картина, представляющая систему интерференционных максимумов и минимумов, имеющих вид светлых и темных полос.

Другой способ получения когерентных источников основан на отражении света от 2^х плоских зеркал, установленных под углом , близким к 180 (рис.3). Эта оптическая система называется зеркалами Френеля. Здесь когерентными источниками света служат изображения S₁ и S₂ основного источника света.