Контрольні питання

1. При яких умовах можна спостерігати інтерференційну картину при перетині двох світлих хвиль?

2. Які хвилі називаються когерентними?

3. В чому полягає явище інтерференції?

4. Виведіть формулу, яка визначає ширину інтерференційної смуги.

5. Чи можливо змінити степінь просторової когерентності випромінювання, не змінюючи його спектральної ширини?

Лабораторна робота №3 вивчення явища інтерференції за допомогою біпризми френеля

Мета роботи: ознайомлення з інтерференційною схемою, одержуваною за допомогою біпризми Френеля, визначення кутової ширини зони інтерференції, а також довжини світлової хвилі.

Обладнання: освітлювач, що складається з лампи розжарювання, світлофільтра з відомою довжиною хвилі пропускання; розсувна щілина; біпризма Френеля з відомими заломлюючим кутом  і показником заломлення; екран у вигляді матового скла; збиральна лінза з відомою фокусною відстанню; мікроскоп-мікрометр з відомою ціною поділки шкали.

Теоретичні відомості

В досліді Френеля з біпризмою когерентні хвилі можна отримати розділенням світлового пучка шляхом заломлення в подвійній призмі з дуже малими заломлюючими кутами  (порядку 30’) (рис.1). Початковим джерелом світла є вузька щілина 2, розташована паралельно ребру тупого кута біпризми 5 і освітлена монохроматичним світлом від освітлювача 1.В наслідок заломлення світла в обох призмах, за біпризмою утворюються дві системи когерентних хвиль, бо вони виділені із різних частин одного фронту хвилі. Розбіжні пучки світла, які ніби вийшли з відповідних уявних джерел S₁ і S₂ , накладаються і утворюють на екрані 6 інтерференційну картину.

Результат додавання коливань, які надходять в точку Р екрана 6 від когерентних джерел 3 і 4, залежить від оптичної різниці ходу Δ=x₂-x₁, що показано на рис.2, представленому в вигляді спрощеної схеми без біпризми. Якщо оптична різниця ходу Δ дорівнює цілому числу довжин хвиль , то інтенсивність в точці Р буде максимальною, якщо Δ рівна напівцілому числу довжин хвиль, то інтенсивність у точці – мінімальна, тобто

Δ=±kλ₀ , (умова максимуму),

Δ=±(k+ )λ₀ , (умова мінімуму),

(1)

де k= 0,1,2,3,... – порядок інтерференційного максимуму і мінімуму, λ₀ – довжина світлової хвилі у вакуумі.

На рисунку 2 з правого боку показаний графік розподілу інтенсивності світла в інтерференційній картині.

Відстань між серединами сусідніх максимумів або сусідніх мінімумів називається шириною смуги. Неважко показати, що ширина інтерференційної смуги

, (2)

l - відстань між площиною джерел 3 і 4 та екраном 6, 2d - відстань між джерелами 3 і 4.

Рис. 1

Рис. 2

Якщо тупий кут біпризми близький до 180°, а кут падіння променів на біпризму малий, то всі промені при заломленні відхиляються біпризмою на однаковий кут ω (див.рис.1)

=(n-1), (3)

де n– показник заломлення скла біпризми. При цьому уявні джерела 3 і 4 будуть лежати в одній площині з щілиною 2. Кут 2ω – це кутова ширина зони інтерференції.

Експериментально кут 2ω може бути отриманий шляхом вимірювання всієї видимої інтерференційної картини і відстані l₂ між біпризмою і екраном 6 згідно наближеної формули

, (4)

де N - число усіх видимих інтерференційних смуг, b - ширина інтерференційної смуги.

Крім того, через малу товщину біпризми кутова ширина зони інтерференції буде також дорівнювати

, (5)

де 2d - відстань між неявними джерелами, l₁- відстань від щілини 2 до біпризми.

Довжина світлової хвилі λ може бути визначена, якщо відомі геометричні параметри схеми: 2d - відстань між когерентними джерелами 3 і 4, l – відстань між площиною джерел і екраном 6 та b - ширина інтерференційної смуги.