Інтерференцію світла можна пояснити, розглядаючи інтерференцію хвиль. Необхідною умовою інтерференції хвиль є їх когерентність. т. е. узгоджене перебіг у часі і просторі декількох коливальних або хвильових процесів. Цій умові удовлетворяютмонохроматіческіе хвилі - необмежені в просторі хвилі однієї певної і строго постійної частоти. Taк як жоден реальний джерело не дає строго монохроматичного світла, то хвилі, що випромінюються будь-якими незалежними джерелами світла, завжди некогерентного. Тому на досвіді не спостерігається інтерференція світла від незалежних джерел, наприклад від двох електричних лампочок.
Зрозуміти фізичну причину немонохроматичності, а отже, і некогерентности хвиль, що випускаються двома незалежними джерелами світла, можна виходячи з самого механізму випускання світла атомами. У двох самостійних джерелах світла атоми випромінюють незалежно один від одного. У кожному з таких атомів процес випромінювання кінцевий і триває дуже короткий час (t »10 -8 с). За цей час збуджений атом повертається в нормальний стан і випромінювання їм світла припиняється. Збудившись знову, атом знову починає випускати світлові хвилі, але вже з новою початковою фазою. Так як різниця фаз між випромінюванням двох таких незалежних атомів змінюється при кожному новому акті випускання, то хвилі, спонтанно випромінюючи-ються атомами будь-якого джерела світла, некогерентного. Таким чином, хвилі, випускаючи-ються атомами, лише протягом інтервалу часу 10 -8 с мають приблизно постійні амплітуду і фазу коливань, тоді як за більший проміжок часу і амплітуда, і фаза змінюються. Переривчасте випромінювання світла атомами у вигляді окремих коротких імпульсів називається хвильовим цугом.
Описана модель випускання світла справедлива і для будь-якого макроскопічного джерела, так як атоми світиться тіла випромінюють світло такженезавісімо один від одного. Це означає, що початкові фази відповідних їм хвильових цугов не пов'язані між собою. Крім цього, навіть для одного і того ж атома початкові фази різних цугов відрізняються для двох наступних актів випромінювання. Отже, світло, що випускається макроскопічними джерелом, некогерентен.
Будь немонохроматичним світло можна представити у вигляді сукупності змінити-чих один одного незалежних гармонійних цугов. Середня тривалість одного цуга tког називаетсявременем когерентності. Когерентність існує тільки в межах одного цуга, і час когерентності не може перевищувати час випромінювання, т. Е. Tког Якщо хвиля поширюється в однорідному середовищі, то фаза коливань в визначений-ної точці простору зберігається лише протягом часу когерентності tког. За цей час хвиля поширюється у вакуумі на відстань lког = сtког. зване довжиною когерентності (ілідліной цуга). Таким чином, довжина когерентності є відстань, при проходженні якого дві або кілька хвиль втрачають когерентність. Звідси випливає, що спостереження інтерференції світла можливо лише при оптичних різницях ходу, менших довжини когерентності для використовуваного источ-ника світла. Чим ближче хвиля до монохроматичної, тим менше ширина Dw спектра її частот і, як можна показати, більше її час когерентності tког. а отже, і довжина когерентності lког. Когерентність коливань, які відбуваються в одній і тій же точці простору, що визначається ступенем монохроматичности хвиль, називається временнóй когерентністю. Поряд з временнóй когерентністю для опису когерентних властивостей хвиль в площині, перпендикулярній напряму їх поширення, вводиться поняття просторової когерентності. Два джерела, розміри і взаємне розташування яких дозволяють (при необхідній мірі монохроматичности світла) спостерігати інтерференцію, називаютсяпространственно-когерентними. Радіусом когерентності (ілідліной просторової когерентності) називається максимальне поперечне напрямку поширення хвилі відстань, на якому можливі прояви інтерференції. Таким чином, просторова когерентність визначається радіусом когерентності. радіус когерентності де l - довжина хвилі світла, j - кутовий розмір джерела. Так, мінімально можли-ний радіус когерентності для сонячних променів (при кутовому розмірі Сонця на Землі j »10 -2 радий і l» 0,5 мкм) складає »0,05 мм. При такому малому радіусі когерентності неможливо безпосередньо спостерігати інтерференцію сонячних променів, оскільки роздільна здатність людського ока на відстані найкращого зору становить лише 0,1 мм. Відзначимо, що перше спостереження інтерференції провів в 1802 р Т. Юнг саме з сонячним світлом, для чого він попередньо пропускав сонячні промені через дуже малий отвір в непрозорому екрані (при цьому на кілька порядків зменшувався кутовий розмір джерела світла і тим самим різко збільшувався радіус когерентності (або довжина просторової когерентності)).Схожі статті