41.Волновая оптика. Интерференция света. Интерференция в тонких пленках. Интерферометры.

Оптика - это учение о свете. голландский физик Гюйгенс опубликовал “Трактат о свете”, в котором сформулировал основные положения волновой теории света.

В своем труде Гюйгенс дал принципы распространения волнового процесса в пространстве. Каждая точка среды, до которой дошло световое возбуждение, сама становится источником вторичных световых волн, огибающая к которым в каждый данный момент времени является фронтом распространения световых волн. Под фронтом волны понимается геометрическое место точек, до которых дошло световое возбуждение в данный момент времени.

Позднее Френель дополнил принцип Гюйгенса:

Вторичные световые волны, интерферируя между собой, взаимно гасятся во всех направлениях, кроме первоначального направления распространения волны.

Интерференция света - это явление перераспределения энергии световых волн в пространстве, при наложении двух или более волновых процессов, имеющих одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз.

Источники света, имеющие одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз, называются когерентными.

В природе не существует когерентных источников света. Для того чтобы два светящихся тела являлись когерентными источниками, волны, излучаемые всеми частицами первого тела, должны отличаться по фазе от волн, излучаемых всеми частицами второго тела, все время на одну и туже величину. Такое событие практически совершенно невероятно. Поэтому, для получения когерентных источников прибегают к искусственному приему: “раздваивают” свет, исходящий от одного источника (зеркала или бипризма Френеля, зеркало Лойда, билинза Билле и др.). Пожалуй, единственным макроисточником света, в котором частота и фазы колебаний со временем не меняются, является лазер.

В естественных условиях образование когерентных волн и явление интерференции можно наблюдать при попадании света на тонкую прозрачную пластинку или пленку. Пучок света попадает на тонкую пластинку. Луч 1 из этого пучка попадает на точку, частично отражается(луч 2), частично преломляется. Преломленный луч испытывает отражение на нижней границе пластинки в некой точке. Отраженный луч, преломившись в точке, выходит в первую среду(Луч 3). Лучи 2 и 3 образованны от одного луча, поэтому они когерентны и будут интерферировать, создавая устойчивую интерференционную картину.

При освещении этой пластинки или пленки белым светом возникает весьма причудливая по форме и расцветке интерференционная картина. Такую картину дают мыльные пленки, нефтяные и масляные пятна на поверхности воды, крылья мелких насекомых, жировые налеты на стекле и другие тонкие пленки толщиной порядка 10^{- 4} см.

Это интерференционное явление широко используется в оптической промышленности для так называемого просветления оптики. Дело в том, что в сложных оптических системах (фотообъективах и т.п.) значительная часть световой энергии отражается от поверхности линз. Это заметно снижает яркость и контрастность изображения и создает блики. Если на поверхность линз нанести прозрачную пленку толщиной /4, изготовленную из вещества с показателем преломления n, немного меньшим показателя стекла линз, то такая пленка не будет отражать света; благодаря этому качество изображения заметно улучшится (оптика просветлеет).

Кроме того, интерференцию света используют в специальных приборах - интерферометрах - для измерения с высокой степенью точности длин волн, небольших расстояний, показателей преломления веществ и определения качества оптических поверхностей.