Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
Условия возникновения интерференции
|
|
Естественно возникает вопрос, какие условия необходимы для того, чтобы при наложении волн возникла интерференция? В рассмотренном примере решающую роль играли три обстоятельства. Во-первых, частоты интерферирующих волн были одинаковы. Во-вторых, важно, чтобы возмущения, если они имеют векторный характер, были направлены вдоль одной прямой. Действительно, мы складывали возмущения Е1 и Е2 как скалярные величины, а в случае векторов это правомерно лишь при условии их сонаправленности (для электромагнитных волн света сонаправленность векторов Е1 и Е2 означает одинаковую поляризацию этих волн). В-третьих, не явно подразумевалось, что колебания происходят непрерывно в течении всего времени наблюдения. Волны, удовлетворяющие данным трём условиям, называются когерентными.
Третье условие не выполняется в оптике и определяет специфику оптических интерференционных схем. Причина в том, что излучение света атомами не происходит непрерывно. Простейшая модель излучения, в рамках волновой теории, такова. Атом источника света, получив энергию, например, в результате случайного соударения с другим атомом, начинает «высвечиваться», излучая в течении промежутка времени tэлектромагнитную волну, после чего излучение прекращается до следующего возбуждения атома. Волна, испущенная в результате такого отдельного акта излучения, в первом приближении, имеет вид «куска почти монохроматической волны», называемого цугом волн (другое название – волновой пакет), имеющего продольный и поперечный размеры.
Длина цуга, т.е. его продольный размер, равна
ℓi = с×ti,
где с = 3×108 м/с – скорость света в вакууме, ti – промежуток времени, в течении которого излучается данный цуг. Соударения носят нерегулярный, хаотический характер, поэтому ℓi и ti являются случайными величинами. Среднее значение времени <t> называют временем когерентности, а среднюю длину <ℓ> – длиной когерентности.
Поперечный размер цуга связан с понятием пространственной когерентности.
Прерывный характер излучения света существенно меняет ситуацию, возникающую при наложении волн. В каждую точку пространства приходят цуги волн от разных атомов, и, при выполнении трёх условий когерентности, дают интерференционную картину в соответствии с формулой (2.4). Через время, порядка времени когерентности t, эти цуги пройдут точку наблюдения и им на смену придут другие цуги, которые также интерферируют, но разность фаз теперь будет иной вследствие несогласованности актов излучения. Таким образом, происходит смена сверх кратковременных интерференционных картин, причём разность фаз меняется от картины к картине случайным образом. При этом фиксируется лишь интенсивность, усредненная по времени наблюдения, в течение которого разность фаз сменится многократно, принимая всевозможные значения в интервале от 0 до 2p. Среднее значение косинуса в формуле (2.4) при этом равно нулю, интерференции нет. Наблюдается суперпозиция интенсивностей.
Следовательно, для осуществления интерференции необходимо обеспечить такое согласование фаз колебаний, чтобы при усреднении интерференционный член не обращался в нуль, т.е. чтобы разность фаз в формуле (2.4) оставалась постоянной во время наблюдения. При этом, разумеется, должны быть выполнены и первые два условия: одинаковые частоты и одинаковые направления колебаний.
Постоянство разности фаз можно осуществить, если заставить интерферировать колебания, приходящие в точку наблюдения от одной и той же волны, но по разным путям. При этом оптическая разность хода должна быть меньше длины цуга
D < ℓ. (2.10)
В этом случае часть цуга, прошедшая по более длинному пути, ещё будет заставать в точке наложения другую его часть, прошедшую по более короткому пути – цуг «интерферирует сам с собой». Поскольку обе части цугов уходят от точки деления одновременно, то разность фаз определяется только разностью хода и будет одинаковой для всех последующих цугов, т.е. постоянной во времени. Говорят, что в этом случае наблюдается временнáя когерентность.
В точках, для которых разность хода больше длины цуга, часть цуга, прошедшая по более длинному пути, встречается в точке наложения с частью другого цуга, прошедшей по более короткому пути. Так как цуги испускаются беспорядочно во времени, то разность фаз складываемых колебаний будет иметь случайное значение, и, по мере прихода новых цугов, хаотически меняться. Таким образом, в области, для точек которой условие временной когерентности (2.10) не выполняется, колебания не когерентны и интерференция отсутствует.
Date: 2015-05-05; view: 2085; Нарушение авторских прав