Методи спостереження інтерференції світла - студопедія

Для здійснення інтерференції світла необхідно отримати когерентні світлові пучки, для чого застосовуються різні прийоми. До появи лазерів (див. § 233) у всіх приладах для спостереження інтерференції світла когерентні пучки отримували поділом і подальшим зведенням світлових променів, що виходять з одного і того ж джерела. Практично це можна здійснити за допомогою екранів і щілин, дзеркал і заломлюючих тел. Розглянемо деякі з цих методів.

1. Метод Юнга. Джерелом світла служить яскраво освітлена щілина S (ріс.245), від якої світлова хвиля падає на дві вузькі рівновіддалені щілини S1 і S2. паралельні щілини S. Таким чином, щілини S1 і S2 грають роль когерентних джерел. Інтерференційна картина (область ВС) спостерігається на екрані (Е), розташованому на деякій відстані паралельно S1 і S2. Як вже зазначалося (див. §171), Т. Юнгом належить перше спостереження явища інтерференції.

2. Дзеркала Френеля. Світло від джерела (рис. 246) падає розходяться пучком на два плоских дзеркала А1О і А2О. розташованих відносно один одного під кутом, лише трохи відрізняється від 180 ° (кут малий). З огляду на правила побудови зображення в плоских дзеркалах, можна показати, що і джерело, і його зображення S1 і S2 (кутова відстань між якими дорівнює 2) лежать на одній і тій же окружності радіуса з центром в О (точка дотику дзеркал).

Світлові пучки, що відбилися від обох дзеркал, можна вважати такими, що виходять з уявних джерел S1 і S2. є уявними зображеннями S в дзеркалах. Уявні джерела S1 і S2 взаємно когерентні, і виходять з них світлові пучки, зустрічаючись один з одним, интерферируют в галузі взаємного перекривання (на рис. 246 вона виконана зеленим кольором). Можна показати, що максимальний кут розбіжності перекриваються пучків не може бути більше 2. Інтерференційна картина спостерігається на екрані (Е), захищеному від прямого попадання світла заслінкою (3).

3. біпрізме Френеля. Вона складається з двох однакових, складених основами призм з малими заломлюючими кутами. Світло від джерела S (рис. 247) заломлюється в обох призмах, в результаті чого за бипризмой поширюються світлові промені, як би виходять з уявних джерел S1 і S2. є когерентними. Таким чином, на поверхні екрану (в області, виконаної в кольорі) відбувається накладення когерентних пучків і спостерігається інтерференція.

4. Розрахунок інтерференційної картини від двох джерел. Розрахунок інтерференційної картини для розглянутих вище методів спостереження інтерференції світла можна провести використовуючи дві вузькі паралельні щілини, розташовані досить близько один до одного (рис. 248). Щілини S1 і S2 знаходяться на відстані d одна від одної і є когерентними (реальними або уявними зображеннями джерела S в якийсь оптичній системі) джерелами світла. Інтерференція спостерігається в довільній точці А екрану, паралельного обом щілинах і розташованого від них на відстані l. причому l >> d. Початок відліку вибрано в точці О. симетричною відносно щілин.

Інтенсивність в будь-якій точці А екрану, що лежить на відстані х від О. визначається оптичною різницею ходу (див. §172). З ріс.248 маємо звідки або = З умови l >> d слід, що. тому

Підставивши знайдене значення (173.1) в умови (172.2) і (172.3), отримаємо, що максимуми інтенсивності будуть спостерігатися при

а мінімуми - при

Відстань між двома сусідніми максимумами (або мінімумами), зване шириною інтерференційної смуги. одно

не залежить від порядку інтерференції (величини m) і є постійною для даних l. d і. Відповідно до формули (173.4), l. d обернено пропорційно d; отже, при великій відстані між джерелами, наприклад при. окремі смуги стають невиразними. Для видимого світла 10 -7 м, тому чітка доступна для візуального спостереження інтерференційна картина має місце при l >> d (ця умова і приймалося при розрахунку). За виміряним значенням l. d і. використовуючи (173.4), можна експериментально визначити довжину світлової хвилі. З виразів (173.2) і (173,3) слід, таким чином, що інтерференційна картина, створювана на екрані двома когерентними джерелами світла, є чергування світлих і темних смуг, паралельних один одному. Головний максимум, відповідний m = 0, проходить через точку О. Вгору і вниз від нього на рівних відстанях один від одного розташовуються максимуми (мінімуми) першого (m = 1), другого (m = 2) порядків і т.д. Описана картина, проте, справедлива лише при освітленні монохроматичним світлом (= const). Якщо використовувати білий світ, який представляє собою безперервний набір довжин хвиль від 0,39 мкм (фіолетова межа спектра) до 0,75 мкм (червона межа спектра), то інтерференційні максимуми для кожної довжини хвилі будуть, згідно з формулою (173.4), зміщені один щодо друга і мати вигляд райдужних смуг. Тільки для m = 0 максимуми всіх довжин хвиль збігаються і в середині екрану буде спостерігатися біла смуга, по обидва боки якої симетрично розташуються спектрально забарвлені смуги максимумів першого, другого порядків і т. Д. (Ближче до білої смузі будуть перебувати зони фіолетового кольору, далі - зони червоного кольору).