Интерференция монохроматических волн

Содержание:

В деструктивное вмешательствоВ физике это происходит, когда две независимые волны, которые объединяются в одной области пространства, не совпадают по фазе. Затем гребни одной из волн встречаются с впадинами другой, и в результате получается волна с нулевой амплитудой.

Несколько волн без проблем проходят через одну и ту же точку в пространстве, а затем каждая продолжает свой путь, не подвергаясь влиянию, как волны в воде на следующем рисунке:

Предположим, что две волны одинаковой амплитуды A и частоты que, которые мы назовем y₁ и и₂, который математически описывается уравнениями:

Y₁= Грех (kx-ωt)

Y₂ = Грех (kx-ωt + φ)

Вторая волна и₂ он имеет смещение φ относительно первого. В сочетании, поскольку волны могут легко перекрываться, они дают начало результирующей волне, называемой y_р:

Y_р = и₁ + и₂ = Грех (kx-ωt) + грех (kx-ωt + φ)

Используя тригонометрическое тождество:

грех α + грех β = 2 греха (α + β) / 2. cos (α — β) / 2

Уравнение для y_р Он трансформируется в:

Y_р = [2A cos (φ / 2)] sin (kx — ωt + φ / 2)

Теперь эта новая волна имеет результирующую амплитуду A_р = 2A cos (φ / 2), который зависит от разности фаз. Когда эта разность фаз принимает значения + π или –π, результирующая амплитуда равна:

К_р = 2A cos (± π / 2) = 0

Так как cos (± π / 2) = 0. Именно тогда между волнами происходит деструктивная интерференция. В общем, если аргумент косинуса имеет вид ± kπ / 2 с нечетным k, амплитуда A_р равно 0.

Формулы интерференции

В переводе с французского interferer означает вмешиваться.

Интерференцией света называют явление, устойчивого во времени усиления интенсивности света в одних точках поля и ослабления в других, возникающее в результате наложения когерентных волн света, которые имеют колебания вектора напряженности электромагнитного поля, происходящие в одном направлении. Необходимым условием существования явления интерференции является когерентность источников волн.

Если происходит наложение одного потока бегущих волн, на когерентный поток подобных волн, создающий колебания волны с такой же амплитудой, то интерференция колебаний ведет к неизменному во времени расслоению поля волны на:

1. Области усиления колебаний.
2. Области ослабления колебаний.

• Геометрическое расположение места интерференционного усиления колебаний определяет разность хода волн (). Наибольшее усиление колебаний располагается там, где:
• где n – целое число; – длина волны.
• Максимальное ослабление колебаний происходит, где:
• Если происходит наложение некогерентных волн, то явления интерференции не наблюдают. Для интерференции света условия максимумов записывают как:
• Если выполняется равенство:

длина волны света в вакууме; — оптическая разность хода лучей. Оптической разностью хода () называют разность оптических длин, которые проходят волны: L — это оптической длины пути (геометрическая длина пути (s), умноженная на показатель преломления среды (n)):

то в рассматриваемой точке наблюдается минимум. Выражение (6) называют условием интерференционного минимума.

Картина интерференции в тонких пленках определена толщиной пленки ( у нас b), длиной волны падающего света, показателем преломления вещества пленки и углом падения ().

Для перечисленных параметров каждому наклону лучей () соответствует своя интерференционная полоса. Полосы, возникающие в результате интерференции лучей, падающих на пленку под одинаковыми углами, носят названия полос равного наклона.

Явление интерференции может наблюдаться только, если удвоенная толщина пленки меньше, чем длины когерентности падающей волны.

1. При интерференции в тонких пленках условие наблюдения максимума записывают как (при котором ):
2. По условию для максимумов интерференции, в некоторой точке мы получим максимум интенсивности, если:

• Минимум интенсивности будет наблюдаться в рассматриваемой точке, если:
• где
• В проходящем свете отражение волны света происходит от среды оптически менее плотной и дополнительной разности хода лучей света не возникает.
• Радиусы светлых колец Ньютона в отраженном свете (темных в проходящем) () вычисляют как:
• где k=1,2,3,… – номер кольца; R – радиус кривизны поверхности линзы, которая соприкасается с плоскопараллельной пластиной.
• Радиусы темных колец Ньютона в отраженном свете ( светлых в проходящем) находят как:

Голограммы

Принцип голограммы был изобретён в 1947 году физиком Д. Габором, который впоследствии получил за его изобретение Нобелевскую премию. Трёхмерное, т.е. объёмное изображение объекта можно снять и записать, а затем воспроизвести, если использовать лазерные лучи. Одна из световых волн называется опорной и испускается источником, а вторая – объектной и отражается от записываемого объекта.

На фотопластинке либо другом материале, предназначенном для записи, фиксируется сочетание светлых и тёмных полос и пятен, которые отображают интерференцию электромагнитных волн в этой зоне пространства. Если на фотопластинку направляют свет с длиной волны, соответствующей характеристикам опорной волны, то происходит его преобразование в световую волну, по характеристикам близкую к объектной. Таким образом, в световом потоке получается объёмное изображение зафиксированного объекта.
Сегодня неподвижные голограммы можно записывать и воспроизводить даже в домашних условиях. Для этого нужен лазерный луч, фотопластина и каркас, который надёжно удерживает в неподвижности эти приспособления, а также объект записи. Для домашней голограммы отлично подойдёт луч лазерной указки со снятой фокусирующей линзой.

обзор

Если бы свет состоял строго из обычных или классических частиц, и эти частицы проходили по прямой линии через щель и позволяли ударить экран с другой стороны, мы ожидали бы увидеть рисунок, соответствующий размеру и форме щели. Однако, когда этот «эксперимент с одной щелью» действительно выполняется, рисунок на экране является дифракционной картиной, в которой свет распространяется. Чем меньше щель, тем больше угол распространения. В верхней части изображения показана центральная часть рисунка, сформированного, когда красный лазер освещает щель, и, если внимательно посмотреть, две слабые боковые полосы. Больше полос можно увидеть с более изысканным аппаратом. Дифракция объясняет картину как результат интерференции световых волн от щели.

Если один из них освещает две параллельные щели, свет от двух щелей снова мешает. Здесь интерференция представляет собой более выраженную картину с серией чередующихся светлых и темных полос. Ширина полос является свойством частоты освещающего света. (См. Нижнюю фотографию справа.) Когда Томас Янг (1773–1829) впервые продемонстрировал это явление, он указал, что свет состоит из волн, поскольку распределение яркости можно объяснить попеременно аддитивной и вычитающей интерференцией волновых фронтов. Эксперимент Юнга, выполненный в начале 1800-х годов, сыграл жизненно важную роль в принятии волновой теории света, победив корпускулярную теорию света, предложенную Исааком Ньютоном, которая была принятой моделью распространения света в 17 и 18 веках. Однако позднее обнаружение фотоэлектрического эффекта продемонстрировало, что при различных обстоятельствах свет может вести себя так, как если бы он состоял из дискретных частиц

Эти кажущиеся противоречивыми открытия заставили выйти за рамки классической физики и принять во внимание квантовую природу света

Фейнман любил говорить, что всю квантовую механику можно почерпнуть из тщательного обдумывания последствий этого единственного эксперимента. Он также предложил (в качестве мысленного эксперимента), что если детекторы будут размещены перед каждой щелью, интерференционная картина исчезнет.

Соотношение двойственности Энглерта – Гринбергера дает подробное рассмотрение математики двухщелевой интерференции в контексте квантовой механики.

Низкоинтенсивный двухщелевой эксперимент был впервые проведен Г.И. Тейлором в 1909 году путем снижения уровня падающего света до тех пор, пока события испускания / поглощения фотонов в основном не перекрывались. Эксперимент с двумя щелями не проводился ни с чем, кроме света, до 1961 года, когда Клаус Йонссон из Тюбингенского университета выполнил его с электронными пучками. В 1974 году итальянские физики Пьер Джорджо Мерли, Джан Франко Миссироли и Джулио Поцци повторили эксперимент, используя одиночные электроны и бипризм (вместо щелей), показывая, что каждый электрон вмешивается в себя, как и предсказывает квантовая теория. В 2002 году читатели журнала « Физика » назвали одноэлектронную версию эксперимента «самым красивым экспериментом» .

В 2012 году Стефано Фраббони и его коллеги в конечном итоге провели эксперимент с двумя щелями с электронами и реальными щелями, следуя оригинальной схеме, предложенной Фейнманом. Они посылали одиночные электроны на нанофабрикатные щели (шириной около 100 нм) и, собирая прошедшие электроны одноэлектронным детектором, могли показать накопление интерференционной картины с двумя щелями.

Проверка качества обработки поверхности. Просветление оптики

С по­мо­щью ин­тер­фе­рен­ции можно оце­нить ка­че­ство об­ра­бот­ки по­верх­но­сти из­де­лия с точ­но­стью до  длины волны. Для этого нужно со­здать тон­кую кли­но­вид­ную про­слой­ку воз­ду­ха между по­верх­но­стью об­раз­ца и очень глад­кой эта­лон­ной пла­сти­ной. Тогда неров­но­сти по­верх­но­сти до  см вы­зо­вут за­мет­ное ис­крив­ле­ние ин­тер­фе­рен­ци­он­ных полос, об­ра­зу­ю­щих­ся при от­ра­же­нии света от про­ве­ря­е­мых по­верх­но­стей и ниж­ней грани (см. Рис. 12).

Рис. 12. Про­вер­ка ка­че­ства об­ра­бот­ки по­верх­но­сти

Мно­же­ство со­вре­мен­ной фо­то­тех­ни­ки ис­поль­зу­ет боль­шое ко­ли­че­ство оп­ти­че­ских сте­кол (линзы, приз­мы и т. д.). Про­хо­дя через такие си­сте­мы, све­то­вой поток ис­пы­ты­ва­ет мно­го­крат­ное от­ра­же­ние, что па­губ­но вли­я­ет на ка­че­ство изоб­ра­же­ния, по­сколь­ку при от­ра­же­нии те­ря­ет­ся часть энер­гии. Чтобы из­бе­жать этого эф­фек­та, необ­хо­ди­мо при­ме­нять спе­ци­аль­ные ме­то­ды, одним из ко­то­рых яв­ля­ет­ся метод про­свет­ле­ния оп­ти­ки.

Про­свет­ле­ние оп­ти­ки ос­но­ва­но на яв­ле­нии ин­тер­фе­рен­ции. На по­верх­ность оп­ти­че­ско­го стек­ла, на­при­мер линзы, на­но­сят тон­кую плен­ку с по­ка­за­те­лем пре­лом­ле­ния, мень­шим по­ка­за­те­ля пре­лом­ле­ния стек­ла.

Па ри­сун­ке 13 по­ка­зан ход луча, па­да­ю­ще­го на по­верх­ность раз­де­ла под неболь­шим углом. Для упро­ще­ния все вы­чис­ле­ния де­ла­ем для угла, рав­но­го нулю.

Рис. 13. Про­свет­ле­ние оп­ти­ки

Раз­ность хода све­то­вых волн 1 и 2, от­ра­жен­ных от верх­ней и ниж­ней по­верх­но­сти плен­ки, равна удво­ен­ной тол­щине плен­ки:

Длина волны в плен­ке мень­ше длины волны в ва­ку­у­ме в n раз (n – по­ка­за­тель пре­лом­ле­ния плен­ки):

Для того чтобы волны 1 и 2 ослаб­ля­ли друг друга, раз­ность хода долж­на быть равна по­ло­вине длины волны, то есть:

Если ам­пли­ту­ды обеих от­ра­жен­ных волн оди­на­ко­вы или очень близ­ки друг к другу, то га­ше­ние света будет пол­ным. Чтобы до­бить­ся этого, под­би­ра­ют со­от­вет­ству­ю­щим об­ра­зом по­ка­за­тель пре­лом­ле­ния плен­ки, так как ин­тен­сив­ность от­ра­жен­но­го света опре­де­ля­ет­ся от­но­ше­ни­ем ко­эф­фи­ци­ен­тов пре­лом­ле­ния двух сред.

К занятию прикреплен файл  «Это интересно!». Вы можете скачать файл  в любое удобное для вас время.
 

• http://interneturok.ru/ru/school/physics/11-klass/
• https://www.youtube.com/watch?v=54IAbYWDcqc
• https://www.youtube.com/watch?v=J7tvmx2jwjg
• https://www.youtube.com/watch?v=9k_xmKOUuiw
   

Упражнение 11

1. Что будет наблюдаться в некоторой точке пространства в результате интерференции двух когерентных волн длиной волны λ=400 нм, оптическая разность хода которых δ=2,25 мкм?2. Сколько длин волн N монохроматического излучения частотой ν=800 МГц укладывается на отрезке длиной l=2,0 м?3. Экран MN освещен когерентными монохроматическими источниками S₁ и S₂ (см. рис. 92), период колебаний которых T. Усиление или ослабление света будет наблюдаться в точке P, если от источника S₂  свет в нее приходит позже на промежуток времени τ=2,5T, чем от источника S₁?4. Две когерентные волны, длины волн которых λ=404 нм, приходят в одну точку на экране. Что будет наблюдаться в этой точке (усиление или ослабление света), если оптическая разность хода равна δ=17,17 мкм?5. Два когерентных источника белого света S₁  и S₂  освещают экран MN, плоскость которого параллельна отрезку  S₁S₂  (рис. 92-1). Докажите, что в точке  O будет максимум освещенности, если S₁O=S₂O.

6. В установке Юнга расстояние между щелями d=1,5 см, экран расположен на расстоянии  l=2,0 м от щелей. Щели освещаются монохроматическим источником, длина волны которого λ=687 нм. Определите расстояние Δx между интерференционными полосами на экране.7. На экран A от точечного источника, находящегося от него на большом расстоянии, падает свет. В экране имеются две параллельные щели на расстоянии  одна от другой. На экране B, расположенном на расстоянии l=1,0 м параллельно экрану A, расстояние между интерференционными полосами . Определите длину волны λ излучения.

Примеры деструктивного вмешательства

Как мы видели, когда две или более волны проходят через точку одновременно, они перекрываются, в результате чего возникает волна, амплитуда которой зависит от разности фаз между участниками.

Результирующая волна имеет ту же частоту и волновое число, что и исходные волны. В следующей анимации наложены две волны синего и зеленого цветов. Результирующая волна отображается красным цветом.

Амплитуда возрастает, когда интерференция является конструктивной, но гасится, когда она деструктивна.

Волны с одинаковой амплитудой и частотой называются когерентные волны, до тех пор, пока они поддерживают одинаковую разность фаз φ между собой. Примером когерентной волны является лазерный свет.

Когерентные волны

Если взять два источника с одинаковыми частотами, которые генерируют колебания с постоянной разностью фаз, то мы получим когерентные источники. Соответственно, волны, которые испускают такие источники тоже будут когерентными.

Когерентность волн – это важный параметр, который необходим для наблюдения чёткой интерференционной картины. Если же пренебречь когерентностью и взять случай непостоянной разности фаз колебаний источников, то мы не сможем проанализировать череду максимумов и минимумов, так как они будут перемещаться в пространстве и смазывать интерференционную картину.

Интерференция в тонких пленках

Тем не менее интеференцию света удается наблюдать. Хотя ее и наблюдали очень давно, но только не придавали этому значения.

Вы тоже много раз видели интерференционную картину, когда в детстве развлекались пусканием мыльных пузырей или наблюдали за радужным переливом цветов такой пленки керосина либо нефти на поверхности воды. «Мыльный пузырь, витая в воздухе… зажигается всеми оттенками цветов, присущими окружающим предметам. Мыльный пузырь, пожалуй, самое изысканное чудо природы» (Марк Твен). Именно интерференция света делает мыльный пузырь столь достойным восхищения.

Английский ученый Томас Юнг первым пришел к гениальной мысли о возможности объяснения цветов тонких пленок сложением волн 1 и 2 (рис. 8.48), одна на которых (1) отражается от наружной поверхности пленки, а другая (2) — от внутренней. При этом происходит интеференция световых волн — сложение двух волн, вследствии которого наблюдается устойчивая во времени картина усиления или ослабления результирующих световых колебаний в различных точках пространства. Результат интерференции (усиление или ослабление результирующих колебаний) зависит от угла падения света на пленку, ее толщины и длины волны света. Усиление света произойдет в том случае, если преломленная волна 2 отстанет от отраженной волны 1 на целое число длин волн. Если же вторая волна отстанет от первой на половину длины волны или на нечетное число полуволн, то произойдет ослабление света.1 Исключение составляют квантовые источники света, лазеры, созданные в 1960 г. Когерентность волн, отраженных от наружной и внутренней поверхностей пленки, возникает из-за того, что они являются частями одного и того же светового пучка. Цуг волн от каждого излучающего атома разделяется пленкой на два цуга, а затем эти части сводятся вместе и интерферируют.

Юнг понял также, что различие в цвете связано с различием в длине волны (или частоте световых волн). Световым пучкам различного цвета соответствуют волны с разной длиной волны . Для взаимного усиления волн, отличающихся друг от друга длиной волны (углы падения предполагаются одинаковыми), требуется различная толщина пленки. Следовательно, если пленка имеет неодинаковую толщину, то при освещении ее белым светом должны появиться различные цвета.

Пример решения задачи

Определите положения максимумов и минимумов интерференционной картины на экране, находящемся на расстоянии L = AO = 2,0 м от двух одинаковых когерентных источников света S₁ и S₂ , которые расположены в вакууме на расстоянии d = 5,0 мм друг от друга (рис. 92). Длина волны излучения источников λ = 600 нм. Найдите расстояние Δx между соседними максимумами.

Дано:, L = 2,0 м,λ = 600 нм =6,00·10-7 м.

Δx — ? 

 Решение: 

До некоторой точки P на экране каждая из волн проходит различный путь l₁ и l₂. Максимумы и минимумы будут наблюдаться при выполнении условий соответственно

δ = l2 — l1 = mλ,

Из треугольников  S₁PA₁  и  S₂PA₂,  по теореме Пифагора находим:

		(1)
		(2)

где x_m — координата точки P.

Откуда, вычитая из соотношения (2) соотношение (1), получаем:

С учетом того что d << L и l₁ + l₂ 2L  находим:

Из условия максимумов следует:

Тогда расстояние от центра экрана до m-й светлой полосы находится из соотношения:

Из условия для минимумов находим положение темных полос:

Откуда:

Расстояние между соседними максимумами: 

Из полученной формулы видно, что расстояние Δx увеличивается при уменьшении расстояния d между когерентными источниками.

Интерференция вокруг нас

На этом уроке мы с вами уже узнали, что такое интерференция света. Давайте подведем итого нашего урока. Итак, делаем вывод, что интерференцией света называют нелинейное сложение интенсивностей двух или нескольких световых волн, которые в пространстве чередуются максимальными или минимальными уровнями интенсивности. Такое распределение еще называют интерференционной картиной.

А сейчас давайте попробуем вспомнить, где нам в повседневной жизни встречались такие явления, как интерференция и где ее можно применить.

Каждый из вас в детстве увлекался запусканием мыльных пузырей. Вспомните, как выдувая мыльный пузырь, он медленно двигался в пространстве, переливаясь и меняя свою окраску. Вот то явление, которое происходит с мыльным пузырем на свету, называют интерференцией в тонких пленках.

То есть, лучи, которые падают и отражаются от внутренней границы плёнки, интерферируют. Но в связи с тем, что толщина пленки не может быть постоянной, то в зависимости от изменения ее толщины, постоянно меняется и окраска пленки. Если быть более кратким, то такие радужные цвета мыльных пузырей выходят за счет интерференции световых волн и в зависимости от толщины его пленки.

Так как из-за испарения воды пленка мыльного пузыря становиться все тоньше и тоньше, то следственно и цвет ее изменяется. Пока эта пленка еще толстая, то красный компонент исчезает из белого света, и в итоге мы получаем сине-зеленое отражение. И чем тоньше становиться пленка, тем больше цветовых компонентов исчезает. После красного компонента по мере утончения пленки, исчезает желтый и остается синий, потом пропадает зеленый и остается пурпурный, а после исчезновения синего компонента, мы наблюдаем золотисто-желтый, и в итоге мы перестаем видеть отражение совсем. И когда мыльный пузырь доходит до этой фазы, то скорей всего, он скоро лопнет.

Конечно же, цвет мыльного пузыря зависит не только от толщины пленки, но и от угла, с которым луч света сталкивается. Поэтому, если допустить, что толщина пленки была бы везде одинаковой, то все равно бы мы с вами наблюдали бы его различные цвета, благодаря движению пузыря. Но, а так, как из-за гравитации, его толщина постоянно меняется, стягивая жидкость в его нижнюю часть, то мы наблюдаем движение разноцветных полос, движущихся сверху вниз.

Каждый из вас, наверное, бывая на морском побережье, наблюдал, как переливаются всеми цветами радуги морские ракушки, птичьи перья или после отплывающего катера остается цветная пленка на поверхности воды от масляных пленок, все эти примеры можно также объяснить явлением интерференции.

Также проявления интерференции света можно наблюдать, рассматривая необычные рисунки на крыльях некоторых бабочек, светлячков и других насекомых.

Оперение павлинов-самцов также привлекает своей красочной и яркой расцветкой. Здесь встречаются и насыщенный синий оттенок, и ярко-зеленый, и золотистый. Если мы рассмотрим картинку внизу, то мы можем наблюдать в переливах перьев павлина тот же эффект, как и у мыльных пузырей.

Но на самом деле такое разнообразие красочного оперения, является всего-навсего иллюзией, так как множество оттенков оперения вызванный явлением интерференции света, а на самом деле из-за красящего пигмента меланина, перья этих птиц имеют в основном коричневый цвет.

Дело в том, что рассмотреть перо павлина под микроскопом, то мы можем наблюдать, то что, каждое перо состоит из двухмерных кристаллических структур. В их состав входят прутики меланина, которые связаны между собой белком кератином. А так как, и количеству этих прутиков, и интервалам между ними, свойственно видоизменятся, то это искажает отражение световых волн, и при попадании на перья мы наблюдаем такое буйство красок.

Кроме уже перечисленных примеров, мы еще наблюдаем интерференцию в тонких пластинках. К таким выдам интерференции можно отнести лунный камень, перламутр, опал или жемчуг. И таких примеров можно найти очень много.

1. Как получают когерентные световые волны!
2. В чем состоит явление интерференции света!
3. С какой физической характеристикой световых волн связано различие в цвете!
4. После удара камнем по прозрачному льду возникают трещины, переливающиеся всеми цветами радуги. Почему!
5. Длина волны света в воде уменьшается в n раз (n — показатель преломления воды относительно воздуха). Означает ли это, что ныряльщик под водой не может видеть окружающие предметы в естественном свете!

Мякишев Г. Я., Физика. 11 класс : учеб. для общеобразоват. учреждений : базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. В. Буховцев, В. М. Чаругин; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. — 17-е изд., перераб. и доп. — М. : Просвещение, 2008. — 399 с : ил.

Понятие интерференции волн в физике

Свет имеет и свойства частицы, и свойства волны. Наиболее ярко волновые свойства света проявляют себя в явлениях интерференции и дифракции.

В области наложения световых пучков наблюдается чередование интенсивности света, которое называется интерференционной картиной. При интерференции белого света наблюдается радужная картина, а если рассматривать волны одной частоты (монохроматическое излучение), то это будет чередование освещенных и темных полос.

Особенностью интерференции является то, что в максимумах (светлых участках) интенсивность суммарной волны больше, а в минимумах (темных участках) меньше, чем сумма интенсивностей пучков.

Естественные источники

Когда можно наблюдать такое явление, как интерференция света? Излучаемые электромагнитные волны от естественных источников некогерентны, потому что они беспорядочно создаются разными атомами, обычно совершенно несогласованными друг с другом. Каждая выпущенная атомом отдельная волна представляет собой отрезок синусоиды, абсолютно когерентный сам с собой. Таким образом, необходимо разделить на два и более пучков один поток света, который идет от источника, а затем наложить получившиеся друг на друга. В этом случае мы сможем наблюдать минимумы и максимумы такого явления, как интерференция света.

Интерференция в тонких пленках

Су­ще­ству­ет много си­ту­а­ций, когда можно на­блю­дать ин­тер­фе­рен­цию све­то­вых лучей (бен­зи­но­вое пятно в луже, мыль­ный пу­зырь). При­мер с мыль­ны­ми пу­зы­ря­ми от­но­сит­ся к слу­чаю так на­зы­ва­е­мой ин­тер­фе­рен­ции в тон­ких плен­ках. Ан­глий­ский уче­ный Томас Юнг пер­вым при­шел к мысли о воз­мож­но­сти объ­яс­не­ния цве­тов тон­ких пле­нок сло­же­ни­ем волн, одна из ко­то­рых от­ра­жа­ет­ся от на­руж­ной по­верх­но­сти плен­ки, дру­гая – от внут­рен­ней (см. Рис. 7). Ре­зуль­тат ин­тер­фе­рен­ции за­ви­сит от угла па­де­ния света на плен­ку, ее тол­щи­ны и длины волны света. Уси­ле­ние про­изой­дет в том слу­чае, если пре­лом­лен­ная волна от­ста­нет от от­ра­жен­ной на целое число длин волн. Если же вто­рая волна от­ста­нет на по­ло­ви­ну волны или на нечет­ное число по­лу­волн, то про­изой­дет ослаб­ле­ние света.

Рис. 7. От­ра­же­ние све­то­вых волн от по­верх­но­стей плен­ки

Ко­ге­рент­ность волн, от­ра­жен­ных от внеш­ней и внут­рен­ней по­верх­но­сти плен­ки объ­яс­ня­ет­ся тем, что обе эти волны яв­ля­ют­ся ча­стя­ми одной и той же па­да­ю­щей волны.

Раз­ли­чие в цве­тах со­от­вет­ству­ет тому, что свет может со­сто­ять из волн раз­лич­ной ча­сто­ты (длины). Если свет со­сто­ит из волн с оди­на­ко­вы­ми ча­сто­та­ми, то он на­зы­ва­ет­ся мо­но­хро­ма­ти­че­ским и наш глаз вос­при­ни­ма­ет его как один цвет. Свет, со­сто­я­щий из волн с раз­лич­ны­ми дли­на­ми, на­зы­ва­ет­ся по­ли­хро­ма­ти­че­ским (свет от солн­ца). Таким об­ра­зом, если на тон­кую плен­ку па­да­ет мо­но­хро­ма­ти­че­ский свет, то ин­тер­фе­рен­ци­он­ная кар­ти­на будет за­ви­сеть от угла па­де­ния (при неко­то­рых углах волны будут уси­ли­вать друг друга, при дру­гих углах – га­сить). При по­ли­хро­ма­ти­че­ском свете для на­блю­де­ния ин­тер­фе­рен­ци­он­ной кар­ти­ны удоб­но ис­поль­зо­вать плен­ку пе­ре­мен­ной тол­щи­ны, при этом волны с раз­ны­ми дли­на­ми будут ин­тер­фе­ри­ро­вать в раз­ных точ­ках и мы можем по­лу­чить цвет­ную кар­тин­ку (как в мыль­ном пу­зы­ре).

Зеркала Френеля

S  — точечный источник света;Z1, Z2  — зеркала;S1, S2  — мнимые изображения источника света;E  — экран;D  — область перекрытия потоков света от мнимых источников, где наблюдается интерференция;B  — бленда для защиты от засветки экрана источником света.Для наглядности угол между зеркалами на рисунке утрированно увеличен.

Устройство состоит из двух плоских зеркал Z1 и Z2 , образующих двугранный угол, отличающийся от 180° всего на несколько угловых минут . При освещении зеркал от источника S отражённые от зеркал пучки лучей можно рассматривать как исходящие из когерентных источников S1 и S2 , являющихся мнимыми изображениями S . В пространстве, где пучки перекрываются, возникает интерференция. Если источник S линеен (щель) и параллелен вершине двугранного угла, образованного зеркалами, то при освещении зеркал монохроматическим светом на экране E , который может быть установлен в любом месте в области перекрытия пучков, наблюдается интерференционная картина в виде равноотстоящих тёмных и светлых полос, параллельных щели. По расстоянию между полосами и величине двугранного угла можно определить длину волны света.

Что такое интерференция?

Рассматривать данное явление можно только с соблюдением специальных условий. Интерференция света – это образование полос ослабления и усиления, которые чередуются друг с другом. Одним из важных условий является наложение электромагнитных волн (пучков света) друг на друга, причем их количество должно быть от двух и более. Стоячая волна является частным случаем. Необходимо заметить, что интерференция – это сугубо волновой эффект, применимый не только к свету. В стоячей волне, которая и образуется благодаря наложению на отраженную или падающую волну, наблюдаются максимумы (пучности) и минимумы (узлы) интенсивности, которые чередуются друг с другом.

Условие когерентности световых волн

Причина отсутствия интерференционной картины в опыте с двумя лампочками в том, что световые волны, излучаемые независимыми источниками, не согласованы друг с другом. Для получения же устойчивой интерференционной картины нужны согласованные волны. Они должны иметь одинаковые длины волн и постоянную во времени разность фаз в любой точке пространства. Напомним, что такие согласованные волны с одинаковыми длинами волн и постоянной разностью фаз называются когерентными.

Почти точного равенства длин волн от двух источников добиться нетрудно. Для этого достаточно использовать хорошие светофильтры, пропускающие свет в очень узком интервале длин волн. Но невозможно осуществить постоянство разности фаз от двух независимых источников. Атомы источников излучают свет независимо друг от друга отдельными «обрывками» (цугами) синусоидальных волн, имеющими обычно длину около метра. И такие цуги волн от обоих источников налагаются друг на друга. В результате амплитуда колебаний в любой точке пространства хаотично меняется со временем в зависимости от того, как в данный момент времени цуги волн от различных источников сдвинуты относительно друг друга по фазе. Волны от различных источников света некогерентны из-за того, что разность фаз волн не остается постоянной1. Юнг Томас (1773—1829) — английский ученый с необыкновенной широтой научных интересов и многогранностью дарований. Одновременно известный врач и физик с огромной интуицией, астроном и механик, металлург и египтолог, физиолог и полиглот, талантливый музыкант и даже способный гимнаст. Главными его заслугами являются открытие интерференции света (ввел в физику термин «интерференция») и объяснение явления дифракции на основе волновой теории. Первым измерил длину световой волны.

Никакой устойчивой картины с определенным распределением максимумов и минимумов освепденности в пространстве не наблюдается.