Інтерференція світлових хвиль. Способи спостереження інтерференції світла. Інтерференція світла при відбиванні від тонких плівок

Інтерференція хвиль — це явище, що є результатом процесу накла­дання кількох когерентних хвиль і полягає у підсиленні коливань в одних ділянках простору і ослабленні — в інших. Таке чергування мак­симумів і мінімумів амплітуди коливань, яке утворюється шляхом пе­рерозподілу в просторі енергії хвиль, що накладаються, для випадку світлових хвиль має вигляд світлих і темних ділянок.

Спочатку це явище було виявлено стосовно механічних хвиль, зокрема — хвиль на поверхні води. Спостереження Гюйгенсом і Юнгом інтерференції світла сприяло переходу від ньютонівських уявлень про світло як сукупність якихось механічних частинок до уявлення про світло як сукупність хвиль

Інтерференційні максимуми утворюються в ділянках простору, до яких хвилі, що накладаються, прийшли з різницею ходу , яка виз­начається умовою

,

де к — ціле число, (  дорівнює парному числу половинок довжин хвиль або цілому числу довжин хвиль.)

Умова інтерференційного мінімуму:

(  дорівнює непарному числу половинок довжин хвиль). В умовах розповсюдження світлових хвиль в середовищі з показником заломлення n довжини світлових хвиль порівнюються з оптичною різницею ходу .

    Відстань, між двома сусідніми інтерференційними максимумами називають відстанню між інтерференційними смугами. Відстань між сусідніми мінімумами – ширина інтерференційної смуги. Обидві відстані мають рівні значення:

d – відстань між когерентними джерелами світла;

l – відстань від джерел світла до екрану

Когерентні хвилі випромінюють тільки лазери. Когерентні світлові хвилі від інших джерел можна одержати штучно, ділячи хвилю (промінь) на 2 частини і забезпечуючи проходження ними до точки зустрічі різних шляхів. Для цього використовують подвійні щілини, подвійні дзеркала, подвійні лінзи, подвійні призми, напівпрозорі дзеркала.

Дослід Юнга (інтерференція від двох отворів) 

Первинна щілина S — точкове джерело світла; щілини 1 і 2 ("біщілина") формують когерентні хвилі, шляхи яких до точки зустрічі на екрані Е не однакові ().

Дзеркала Френеля:

Від джерела світла S через щілину промені йдуть до дзеркал Д₁ і Д₂, які дають 2 уявних зображення джерела (S₁ і S₂). Когерентні промені від S₁ і S₂ (наприклад, 1'і 2') проходять до точок зустрічі на екрані Е різні шляхи.

Інтерференція в тонких плівках: Оптична різниця ходу променів 1 та 2 визначається як , де . Якщо плівка знаходиться в повітрі, . Після перетворень отримаємо

Слід також врахувати зміну фази хвилі при відбиванні від оптично більш густого середовища, отже

Кільця Ньютона – класичний зразок інтерференційних смуг рівної товщини. Вони спостерігаються при дотику плоскої скляної пластини з плоско випуклим склом великого радіуса кривизни. Роль тонкої плівки грає повітряний зазор. При нормальному падінні світлових променів спостерігається чергування темних та світлих кілець, які отримали назву - кільця Ньютона.

Оптична різниця ходу дорівнює подвоєній товщині зазору. З урахуванням зміни фази, радіус кілець Ньютона виражається формулою:

m - номер кільця. Парним значенням відповідають радіуси світлих кілець, непарним – темних.