Интерференция света

Еще Ньютон, изучая свойства света, обнаружил удивительное яв­ление. Пропуская свет через линзу с большим радиусом кривизны, помещенную на стеклянной пластинке, он заметил в отраженном свете в месте соприкосновения линзы с пластинкой цветные радуж­ные кольца. В оптике они получили название колец Ньютона. На ри­сунке 39 показана схема расположения оптических элементов при наблюдении колец Ньютона. Свет от источника белого света падает на плосковыпуклую линзу, ра­диус кривизны которой состав­ляет около 1 м, расположенную на стеклянной пластинке. В отраженном свете наблюдаются кольца Ньютона в виде системы концентрических цветных по­лос, расположенных между лин­зой и пластинкой. При­меняя для освещения «окрашен­ный» свет, полученный в резуль­тате разложения белого света в спектр, Ньютон обнаружил увеличение числа видимых ко­лец с восьми-девяти до двадца­ти. Природу наблюдаемого явле­ния, названного впоследствии интерференцией света, Ньютону

с корпускулярной точки зрения объяснить не удалось.

С волновой точки зрения интерференция света получает естест­венное объяснение. Свет, проходя через линзу и стеклянную плас­тинку, частично отражается как от нижней сферической поверхнос­ти линзы, так и от верхней плоской границы пластинки. На нижней поверхности линзы эти волны складываются друг с другом. Результат сложения будет зависеть от разности фаз колебаний встретившихся волн. Если фазы колебаний отличаются друг от друга на 2тг, то при сложении они усиливают друг друга; если же разность фаз составля­ет нечетное число п, то колебания гасят друг друга. В первом случае говорят, что колебания приходят в фазе, во втором — в противофазе. Там, где колебания встречаются в фазе, их амплитуда удваивается, а интенсивность света увеличивается в 4 раза по сравнению с интен­сивностью одиночной волны. Там, где колебания встречаются в про­тивофазе, амплитуда света становится равной нулю. В этом случае свет гасит свет, и в этих местах интенсивность результирующих коле­баний равна нулю. Точки, в которых световые волны будут усили­вать или гасить друг друга, располагаются по окружностям, центра­ми которых является точка соприкосновения линзы с пластинкой.

Число наблюдаемых в опыте колец будет зависеть от спектраль­ного состава света. В идеальном случае кольца могли бы наблюдать­ся на любом расстоянии от центра интерференционной картины, если бы волны были строго синусоидальными, т. е. являлись бы коле­баниями только одной частоты. Такие волны называют в физике мо­нохроматическими. Ньютон, пропустив солнечный свет через стек­лянную призму, впервые осуществил разложение света на монохро­матические составляющие, совокупность которых называется спек­тром излучения. Лазерные источники света как раз испускают почти монохроматическое излучение. Гелий — неоновый лазер — испуска­ет свет с длиной волны 0,63 • 10 ⁶ м, или 0,63 микрона. Освещая ус­тановку Ньютона лазерным светом, можно наблюдать резкое увели­чение числа наблюдаемых колец Ньютона. Теперь стано­вится понятным, почему происходило увеличение числа колец в опытах Ньютона при замене белого света монохроматическим, по­лученным в результате спектрального разложения солнечного света.. Интерференция света является частным случаем интерферен­ции волн. Мы уже рассматривали интерференцию звуковых волн. Можно сказать, что явление интерференции является верным признаком волновой природы изучаемого явления. Если интер­ференция наблюдается, значит, изучаемое явление имеет волно­вую природу.

Вслед за Гюйгенсом изучение волновой природы света успешно провел французский физик Огюстен Френель (1788—1827). Именно Френель выдвинул в 1816 г. чрезвычайно плодотворную идею — использовать для объяснения распространения света в про­странстве интерференцию вторичных волн, введенных Гюйгенсом.

По Френелю, для нахождения фронта волны в какой-то момент времени необходимо учитывать результат интерференции всех вто­ричных волн, излучаемых каждой точкой волнового фронта в пре­дыдущий момент времени. Принцип Гюйгенса, дополненный идеей Френеля, носит название принципа Гюйгенса — Френеля.

Благодаря работам Френеля волновая теория света получила но­вые подтверждения своей правоты и, самое главное, появилась воз­можность количественного объяснения явления дифракции света.