173. Інтерференція світла і її умови.

Інтерференція - додавання двох світлових хвиль у просторі, внаслідок чого спостерігається стійка в часі картина підсилення або послаблення результуючих світлових коливань у різних точках простору. Зони підсилення називають зонами максимумів, зони послаблення - мінімумів. Щоб положення цих зон було незмінним і картина інтерференції залишалась стійкою в часі, хвилі мають зберігати свої властивості, не змінюючи їх з часом. Якщо ця умова виконана (різниця фаз у хвилях з часом їх частота є однаковою), то хвилі називають когерентними.

Інтерференцією світла називають суперпозицію світлових хвиль, що йдуть від двох або більше когерентних джерел, що приводить до перерозподілу інтенсивності світла в просторі.

Когерентними вважають джерела, які:

- випромінюють світло однакової частоти ω1 = ω2;

- випромінюють світло однакової поляризації;

- інтерферуючі хвилі мають сталу в часі різницю фаз.

Інтерференція характеризується інтерференційною картиною – чергуванням світлих та темних смуг (максимумів та мінімумів інтенсивності).

Умовою стабільності інтерференційної картини є суперпозиція когерентних хвиль.

Когерентні хвилі на практиці отримують від джерела, розділивши світло, що випромінюється ним на два пучки, наприклад, заломлений та відбитий.

Дослід Юнга, утворення когерентних джерел

174. Інтерференція світла від двох когерентних джерел.

Світло - це електромагнітна хвиля, тому, якщо в просторі одночасно поширюються дві чи більше хвиль, то в кожній точці хвилі будуть накладатись одна на одну, утворюючи інтерференційну картину. Вона складається із повторюваних мінімумів (min) і максимумів (max) освітленості.

Нехай від джерел S₁ i S₂ поширюються дві хвилі, які збігаються в точці А. d₁ і d₂ - довжина ходу першої і другої хвиль; Dd = d₁ – d ₂ - різниця ходу.

Якщо в різницю ходу Dd вкладається парна кількість півхвиль, то обидві хвилі надійдуть в точку А в однакових фазах і підсилять одна одну - в точці А буде максимальним. Якщо в різницю ходу Dd вкладається непарне число півхвиль, то хвилі прийдуть в точку А в протифазах і погасять одна одну - в точці А буде мінімум інтенсивності світла.

Математично умови максимум i мінімум можна виразити так:

- умова максимуму;

- умова мінімуму.

де k = 1, 2, 3,…, n (ціле число); l - довжина хвилі.

Інтерференційні кільця Ньютона

Радіуси світлих кілець Ньютона у відбитому світлі:

де k – номер світлого кільця, R - радіус кривизни лінзи.

Радіуси темних кілець Ньютона у відбитому світлі:

Радіуси темних кілець Ньютона у прохідному світлі:

Радіуси світлих кілець Ньютона у прохідному світлі:

За допомогою кілець Ньютона можна визначити радіус кривизни лінзи або довжину світлової хвилі.

175. Інтерференція світла на тонких плівках. Просвітлення оптики.

Інтерференція світла — перерозподіл інтенсивності світла в результаті накладення (суперпозиції) декількох світлових хвиль. Це явище супроводжується чергуванням в просторі максимумів і мінімумів інтенсивності. Її розподіл називається інтерференційною картиною.

Інтерференцію світла можна легко спостерігати в природ­них умовах. Забарвлення тонких прозорих плівок, кольорові розводи на тонких плівках бензину, гасу, олії, красиве забарв­лення мильних бульбашок, яке безперервно змінюється — все це результат інтерференції світлових променів у цих плівках.

Спочатку з'ясуємо, як утворюється інтерференційна кар­тина під час освітлення тонкої плоскопаралельної пластин­ки. Нехай на тонку плоскопаралельну пластинку падає пара­лельний пучок однорідного (монохроматичного) світла під кутом а. Промінь 1, падаючи в точку А, частково відіб'ється, а частково заломиться і увійде в пластинку. Цей промінь, дійшовши до протилежної грані пластинки в точці В, знову частково заломиться і вийде з пластинки, а частково відіб'ється в точкуС. У точці С промінь знову відіб'ється і частково заломиться, а вийшовши з пластинки, піде в напрямі СМ. Промені 1 і 2 когерентні, оскільки вони виходять з одного джерела світла і під час накладання інтерферують. Результат інтерференції визначається різницею ходу цих променів. Якщо різниця ходу променів дорівнює пар­ному числу півхвиль, то під час накладання пучків вони підсилюватимуть один одного, а якщо непарному, то пучки світла послаблюватимуть один одного. Таким чином, ця пла­стинка у разі освітлення її однорідним світлом буде або освітленою цим світлом, або темною. Якщо змінювати кут падіння променів, змінюватиметься і різниця ходу променів. Це означає, що у разі повертання пластинки відносно про­менів вона почергово

даватиметься то темною, то світлою.

Якщо пластинку освітлювати білим світлом, під час інтерференції променів з однією довжиною хвилі спостеріга­тиметься підсилення, а для інших довжин хвиль буде по­слаблення. Тому пластинка здаватиметься спостерігачеві за­барвленою в той колір, який близький до кольору променів, що максимально підсилюють один одного. При повертанні пластинки відносно променів її забарвлення змінюватиметь­ся. Аналогічна інтерференційна картина спостерігатиметься і в прохідному світлі.

Розглянута картина спостерігатиметься лише тоді, коли пластинка ідеально однорідна, плоскопаралельна і освітлю­ватиметься пучком ідеально паралельних променів. Однак у дійсності в пластинці завжди існують неоднорідності, на яких змінюються показник заломлення, товщина плівки. Тому навіть в однорідному світлі ми побачимо вигадливі візерунки світлих і темних смуг.

Просвітлення оптики — збільшення прозорості деталей оптичних систем (лінз, оптичних призм) нанесенням на їхні поверхні тонкого шару діалектрика (або кількох шарів) з показником заломлення, меншим, ніж у матеріалу оптичної деталі. Просвітлення оптики — результат інтерференції світла, яке відбивається від передньої та задньої границь цього шару (просвітлюючої плівки). При належному доборі речовини і товщини плівки для певного кута падіння і певної довжини хвилі світла відбиті світлові хвилі можуть повністю погасити одна одну. Оскільки найбільша чутливість людського ока відповідає центральній частині видимої ділянки спектра з λ = 555 нм, товщину плівки здебільшого беруть рівною 1/4 вказаної довжини хвилі. При цьому відбиття буде малим для зеленого і найбільшим для синьо-фіолетового та червоного світла.