Інтерференція світла - явище накладення когерентних хвиль, що приводить до утворення в просторі чергувань посилення і ослаблення інтенсивності хвиль. Необхідною умовою інтерференції є когерентність хвиль. Когерентними називаються коливання або хвилі (а також і їх джерела) однакової частоти, що мають постійну різницю фаз, яка обумовлена самими джерелами коливань.
Поширення світлових хвиль в просторі описується рівнянням світлової хвилі (методичка, с. 159)
Е - напруженість електричного поля в даній точці простору х і в даний момент часу t; Еm - амплітудне значення напруженості електричного поля Е; w - кругова частота зміни значення Е; v - швидкість поширення світлової хвилі.
При накладенні когерентних хвиль відбувається перерозподіл світлового потоку в просторі, в результаті чого в одних точках виникає максимум, а в інших мінімум інтенсивності.
Інтерференцію світла застосовують в спеціальних приладах - інтерферометрах - для вимірювання з високо ступенем точності довжин хвиль, невеликих відстаней, показників заломлення речовин і визначення якості оптичних поверхонь.
Луч 1 монохроматичного світла від джерела S падає під кутом 45 ° на плоскопараллельную скляну пластинку А, задня поверхня якої напівпрозора, тому що покрита дуже тонким шаром срібла. У точці Про цей промінь розщеплюється на два промені 2 і 3, інтенсивність яких приблизно однакова.
Луч 2 доходить до дзеркала I, відбивається, заломлюється в пластині А і частково виходить з пластини - промінь 2 ¢. Луч 3 з точки Про йде до дзеркала II, відбивається, повертається до пластині А, де частково відбивається, - промінь 3 ¢. Промені 2 ¢ і 3 ¢, що потрапляють в око спостерігача, когерентність, їх інтерференція може бути зареєстрована.
Поєднання двулучевой інтерферометра і мікроскопа, що отримало назву интерференционного мікроскопа, використовують в біології для вимірювання показника заломлення, концентрації сухої речовини і товщини прозорих мікрооб'єктів. Промінь світла, як в інтерферометрі, роздвоюється, один промінь проходить через прозорий мікрооб'єкт, а інший - поза ним. В іншій точці промені з'єднуються і інтерферують, по результату інтерференції судять про вимірюваний параметр.
31. Дифракція світла. Дифракція на щілині в паралельних променях. Дифракційна решітка.
Дифракція - явище огинання хвилями перешкод, відхилення світла від прямолінійного поширення поблизу неоднорідностей середовища. Вона супроводжується інтерференцією і пояснюється принципом Гюйгенса-Френеля:
кожна точка хвильової поверхні є центром вторинних хвиль, а огинає цих хвиль дає положення хвильового фронту в наступний момент часу, що випромінюються вторинні хвилі когерентні і можуть интерферировать.
Умова спостереження дифракції - соизмеримость розмірів неоднорідностей з довжиною хвилі.
Дифракція на щілині в паралельних променях:
Якщо світлову монохроматичну хвилю направити на щілину Щ ширина а якої досить мала, то на екрані Е. розташованому по іншу сторону щілини, вийде зображення цієї щілини, оточене інтерференційної картиною - чергуванням світлих (максимумів) і темних (мінімумів) смуг. Розподіл інтенсивного світла на екрані на малюнку 1 справа.
Згідно з принципом Гюйгенса-Френеля, коли фронт падаючої хвилі досягає щілини (рис.2). всі його ділянки стають джерелами вторинних когерентних хвиль, що поширюються за щілиною в усіх напрямках.
Для розрахунку положень max і min при інтерференції променів застосовується метод зон Френеля.
Зона Френеля - ділянки поверхні щілини, різниця ходу крайніх променів яких дорівнює # 955; \ 2. Для знаходження числа зон Френеля різниця ходу ВС розбивається на інтервали довжиною # 955; \ 2. Якщо від кордонів отриманих інтервалів провести лінії, паралельні перпендикуляру АС, то простір щілини розіб'ється на ряд ділянок - зони Френеля.
Нехай паралельний пучок монохроматичного світла падає нормально на непрозорий екран, в якому прорізана вузька щілину ВС, що має постійну ширину b і довжину l >> b (див. Мал.1а). Оптична різниця ходу між крайніми променями ВМ і CN, що йдуть від щілини під кутом j до оптичної осі лінзи OF0 D = CD = bsinj.
Розіб'ємо щілину ВС на зони Френеля, які мають вигляд смуг, паралельних ребру В щілини. Ширина кожної зони вибирається (згідно з методом зон Френеля) так, щоб різниця ходу від країв цих зон дорівнювала l / 2
При інтерференції світла від кожної пари сусідніх зон амплітуда результуючих коливань дорівнює нулю, так як ці зони викликають коливання з однаковими амплітудами, але протилежними фазами. Всього на ширині щілини вміститься D:
l / 2 = bsinj / (l / 2) зон. Якщо число зон парне, тобто
то спостерігається дифракційний мінімум (темна смуга).