Способы наблюдения интерференции света делением волнового фронта. Метод Юнга, бизеркало и бипризма Френеля

Для наблюдения интерференции свет от одного и того же источника нужно разделить на два пучка (или несколько пучков) и затем наложить их друг на друга подходящим способом. Если разность хода этих пучков от источника до точки наблюдения не превышает длины отдельного цуга, то случайные изменения амплитуды и фазы световых колебаний в двух пучках происходят согласованно, т.е. эти изменения скоррелированы. О таких пучках говорят, что они полностью или частично когерентны, в зависимости от того, будет ли эта корреляция полной или частичной.

В интерференционных опытах по методу деления волнового фронта два когерентных световых пучка возникают как вторичные волны от близких участков волновой поверхности излучения, исходящего из одного и того же источника малых размеров.

Во всех перечисленных устройствах с первичным монохроматическим источником S (например, щелью, освещаемой ртутной лампой через светофильтр, выделяющий одну из узких спектральных линий) интерференционные полосы можно наблюдать в любом месте в области перекрытия расходящихся пучков от вторичных источников S1 и S2 (нелокализованная интерференционная картина).

При описании интерференционных опытов предполагалось, что колебания векторов E в обоих световых пучках происходят в точке наблюдения по одному направлению. В случае ортогональной поляризации налогающихся пучков E1E2 = 0 и происходит просто сложение интенсивностей, приводящее к равномерной освещенности в области перекрытия пучков. Это легко продемонстрировать, если в обычном интерференционном опыте на пути каждого из двух пучков поставить поляризаторы: полосы, отчетливо видные при совпадающих направлениях колебаний в обоих пучках, пропадают при повороте одного из поляризаторов на 90 (опыты Араго и Френеля).

Но для наблюдения интерференции нет необходимости использовать поляризованный свет. Неполяризованный (естественный) свет можно представить в виде суперпозиции двух некогерентных волн, поляризованных во взаимно перпендиклярных направлениях. В расмотренных выше интерференционных опытах эти волны создают две независимые, но пространственно совпадающие системы полос, так как свет распространяется в изотропной среде, где фазовые скорости ортогонально поляризованных волн одинаковы и, следовательно, для каждой точки наблюдения обе волны имеют одну и ту же разность хода интерферирующих пучков.

Если на пути одного из интерферирующих пучков естественного света поместить кристаллическую пластинку в половину длины волны, вносящую разность фаз между волнами с ортогональной поляризацией, то светлые полосы одной из независимых интерференционных картин совпадут с темными полосами другой, что приведет к равномерной освещенности. Но в скрытом виде интерференционная картина все же существует: полосы можно наблюдать если смотреть на экран через анализатор, направление пропускания которого соответствует поляризации одной из волн. При повороте анализатора на 90 видна вторая картина, смещенная относительно первой на полполосы (опыт С.И.Вавилова).

Если же на пути одного из пучков поместить слой оптически активного вещества (например кварцевую пластинку, грани которой перпендикулярны оптической оси), при прохождении через которое происходит поворот направления колебаний. Когда толщина пластинки подобрана так, что направление колебаний изменяется на 90, интерференционная картина полностю пропадает: теперь в двух пучках, приходящих в точку наблюдения, одинаковое направление колебаний имеют некогерентные волны, которые в исходном пучке естественного света имели ортогональные поляризации.

Впервые экспериментальная установка для демонстрации интерференции света была осуществлена Томасом Юнгом в начале XIX в. Яркий пучок солнечных лучей освещал экран A с малым отверстием S (см. рисунок).