Условия, необходимые для осуществления интерференции

Интерференцией света называют явление наложения световых волн, при котором происходит устойчивое во времени их взаимное усиление в одних точках пространства и ослабление в других*.

Чередование максимумов и минимумов освещенности называют интерференционной картиной.

Для осуществления интерференции света (и получения интерференционной картины) необходимо выполнение следующих условий.

§ Должны складываться волны, имеющие одинаковую частоту ().

§ Колебания световых векторов должны происходить в одном направлении ( || ).

§ Должно выполняться условие когерентности световых волн.

Обсудим понятие когерентности более подробно. Под когерентностью (в широком смысле) понимают согласованное протекание нескольких колебательных или волновых процессов. Различают временную и пространственную когерентность.

Если разность фаз колебаний в одной точке пространства остается постоянной во времени, то такая когерентность называется временной.

Если постоянна разность фаз колебаний, происходящих в различных точках волновой поверхности, то в этом случае речь идет о пространственной когерентности.

Условию когерентности отвечают монохроматические волны одинаковой частоты. Они описываются уравнением:

(1)

Выясним вопрос: когерентны ли независимые естественные источники света?

Световая волна, описываемая уравнением (1) является абстракцией. Реально излучение светящегося тела слагается из волн, излучаемых отдельными атомами. Время излучения отдельного атома составляет величину порядка ~10^-8 с. За это время атом излучает цуг волн (рис.) – ²обрывок² затухающей синусоиды. Величина (длительность цуга) называется средним временем когерентности. Расстояние, пройденное волной за время , называется длиной цуга волн или длиной когерентности. Средняя длина когерентности равна:

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

§ Естественные источники света не являются когерентными.

§ Излучение, полученное от различных частей протяженного источника, также не является когерентным.

Для получения когерентных волн и осуществления интерференции необходимо разделить световую волну, излучаемую одним источником, на две или несколько частей. Далее, эти волны должны пройти различные оптические пути (, ). Тогда при наложении волн будет наблюдаться интерференция, если разность их оптических путей не превышает длину когерентности:

()

При этом условии складывающиеся колебания принадлежат одному цугу волн.