Дифракция и интерференция

Ньютон утверждал, что свет состоит из корпускул (частиц). Льюис утверждал, что свет является волной.

Интерференция.

Если в среде распространяется сразу несколько волн, то они просто накладываются одна на другую не вызывая возмущений друг друга. Это принцип суперпозиции волн. В случае, когда колебания, обусловленные отдельными волнами в каждой из точек среды, обладают постоянной разностью фаз, волны называются когерентными. При сложении когерентных волн возникает явление интерференции, заключающееся в том, что колебания в одних точках усиливают, а в других точках ослабляют друг друга.

Электромагнитная теория Максвелла объясняет факты. Максвелл открыл электромагнитную природу света. Система уравнений Максвелла описывает математически четыре факта эксперимента.

1. Линии электромагнитного поля начинаются на зарядах и заканчиваются на зарядах или на бесконечности.

1. Линии магнитного поля замкнуты. Дивергенция – расхождение векторов.

1. В результате изменения магнитного поля возможно возникновение переменных вихрей вне электромагнитного поля.

1. Изменение электрического поля и токи смещения ведут к возникновению вихрей магнитного поля.

При рассмотрении электромагнитной волны рассматриваются колебания вектора E – этот вектор получил название световой вектор. Почему мы рассматриваем только его? Да потому что все определяется только этим вектором.

Волна распространяется в пространстве.

w - круговая частота, k – волновой вектор, х – координата (т.к. свет можно рассматривать в одномерном пространстве).

Тогда: k = w/v

А что делать с двумя электромагнитными волнами?

из формул тригонометрии знаем, что:

Примем что амплитуда:

Что мы воспринимаем от света? Его интенсивность, а она пропорциональна амплитуде. Интенсивность. В зависимости от разности фаз амплитуда будет изменяться.

I – интенсивность света, может меняться от нуля до учетверенной интенсивности так как: cos Є [-1;+1] следовательно: 0 < I <4 Eo² черные полосы соs -1; светлые cos +1.

Деструктивная интерференция – волны гасят друг друга (поглощают).

Конструктивная интерференцияявляется еще одним видом интерференции. Здесь волны усиливают друг друга.

Поперечные волны имеют большое значение. Важна поляризация для поперечных волн (плоскополяризованные волны, плоскость поляризации, циркулярно поляризующийся свет).

Дифракция – явление огибания света препятствий. Появление в области геометрической тени освященного участка. Свет в области тени называют пятном Пуассона.

Когерентность.

В повседневной жизни явление интерференции не наблюдается (светлые и темные полосы). Что же такое когерентность?

Когерентность – согласованное протекание нескольких колебательных процессов.

Характеристики волны: амплитуда, частота и фаза. У когерентных волн разность фаз постоянна (см. выше). Эти характеристики для таких волн могут быть или изменяемы или постоянны. Но с изменением равным константе.

E = [A(t)cos(w(t) – φ(t))]

Все зависит от времени. Величина меняется хаотически. При рассмотрении интенсивности света мы (***) среднем определяем промежуток времени.

Для наблюдения интерференции необходимы когерентные источники. Какие есть способы получения когерентных источников?

1. Волновое деление фронта.

1. Деление амплитуды.

Где применяется интерференция?

1. Исследование качества поверхности. Если интерференционная Катрина хорошая, регулярная, то поверхность отражает зеркально, а если на поверхности есть дефекты, то получаем искаженную интерференционную картину.
2. Измерение малых длин k – объемного расширения.
3. Просветление оптики. Для того чтобы уменьшить отражение поверхности, ее покрывают пленками. В системе с большим числом отражающих поверхностей просветление покрытия позволяют уменьшить отражение в несколько раз. Интерферометры позволяют измерить скорости подвижности ледников до трех сантиметров в год.