Интерференция света

Явление интерференции свидетельствует о том, что свет — это волна.

Интерференцией световых волн называется сложение двух когерентных волн, вследствие которого наблюдается усиление или ослабление результирующих световых колебаний в различных точках пространства.

Условия интерференции

Волны должны быть когерентны. Когерентность - согласованность. В простейшем случае когерентными являются волны одинаковой длины, между которыми существует постоянная разность фаз.

Все источники света, кроме лазера, некогерентны, однако Т. Юнг впервые пронаблюдал (1802г.) явление интерференции, разделив волну на две с помощью двойной щели. Свет от точечного монохроматического источника S падал на два небольших отвер­стия на экране. Эти отверстия действуют как два когерентных источника светаS₁ и S₂. Волны от них интерферируют в области перекрытия, проходя разные пути: l₁ и l_2. На экране наблюдается чередование светлых и темных полос.

Условие максимума.

Пусть разность хода между двумя точками

тогда условие максимума:

т. е. на разности хода волн укладывается четное число полуволн

(k= 1, 2, 3,...).

Условие минимума

Пусть разность хода между двумя точками,

тогда условие минимума:,

т. е. на разности хода волн укладывается нечетное число полуволн (k= 1, 2, 3,...).

Интерференция света в тонких пленках

Различные цвета тонких пленок — результат интерфе­ренции двух волн, отражаю­щихся от нижней и верхней по­верхностей пленки. При отражении от верх­ней поверхности пленки проис­ходит потеря полуволны. Сле­довательно, оптическая раз­ность хода.

где - разность хода, n- показатель преломления пленки; h — толщина пленки

Тогда условие максимального усиле­ния интерферирующих лучей в отраженном свете следую­щее:

Если потерю полуволны не учитывать, то.

Кольца Ньютона

Интерференционная карти­на в тонкой прослойке воздуха между стеклянными пластина­ми — кольца Ньютона.

Волна 1 — результат отра­жения ее от точки А (граница стекло —воздух). Волна 2 — отражение от плоской пласти­ны (точка В, граница воздух — стекло).

Волны когерентны: возникает интерференционная картина в прослойке воздуха между точками А и В в виде-концентрических колец. Зная радиусы колец, можно вычислить длину волны, используя формулу,

где r - радиус кольца, R — радиус кри­визны выпуклой поверхности линзы.

Использование интерференции в технике.

Проверка качества обра­ботки поверхности до одной де­сятой длины волны. Несовершенство обра­ботки определяют но искрив­лению интерференционных по­лос, образующихся при отра­жении света от проверяемой поверхности. Интерферометры служат для точного измерения показателя преломления газов и других веществ, длин световых волн.

Просветление оптики. Объективы фотоаппаратов и кинопроекторов, перископы под­водных лодок и другие оптические устройства состоят из большого числа оптических стекол, линз, призм. Каждая отполиро­ванная поверхность стекла отражает около 5% падающего на нее света. Чтобы уменьшить долю отражаемой энергии, исполь­зуется явление интерференции света.

На поверхность оптическо­го стекла наносят тонкую пленку. Для того чтобы волны 1 и 2 ослабляли друг друга, должно выполняться условие минимума. В отраженном свете разность хода волн равна:
(происходит потеря полуволны). Минимальная толщина пленки будет при k=0. Поэтому:

.

При равенстве амплитуд гашение света будет полным. Толщину пленки, следовательно, подбирают так, чтобы пол­ное гашение при нормальном падении имело место для длин волн средней части спектра, тогда для зеленого цвета.

h

Лучи красного и фиолетового цвета ослабляются незначительно. Поэтому объективы оптических приборов в отраженном свете имеют сиреневые оттенки

Интерференция сегодня широко применяется в экспериментальной физике, будучи положена в основу действия измерительного прибора под названием интерферометр. Интерферометры бывают самых разных конструкций. В зависимости от того, что именно они должны измерять. Но принцип работы у любого интерферометра один и тот же: луч разбивается на два синфазных луча посредством использования частично пропускающего луч зеркала, после чего один луч направляется на экран напрямую, а другой — через исследуемый образец (конструкция прибора и частоты лучей могут быть самыми различными в зависимости от объекта исследований). В конечно итоге оба луча попадают на регистрационный экран, и по полученной интерференционной картине можно с большой точностью судить о свойствах исследуемого образца, поскольку смещение интерференционных полос позволяет отслеживать малейшие смещения фазы луча в результате взаимодействия с исследуемым веществом. Интерферометры позволяют регистрировать задержки светового луча на время значительно меньше полупериода световой волны.