Волновая оптика. Интерференция света. Дифракция света

Волновая оптика – раздел оптики, рассматривает процессы и явления, в которых проявляются волновые свойства света. Любому волновому движению присущи явления интерференции и дифракции. Для света эти явления экспериментально наблюдались, что подтверждает волновую природу света. В основу волновой теории был положен принцип Гюйгенса, согласно которому каждая точка, до которой доходит волна, становится центром вторичных волн, а огибающая этих волн дает положение волнового фронта в следующий момент времени. Рассматривая интерференцию вторичных волн, удалось объяснить прямолинейность распространения света. С помощью принципа Гюйгенса были объяснены законы геометрической оптики – законы отражения и преломления света. Рассматривая интерференцию вторичных волн, можно понять, как возникает дифракционная картина при падении света на различные препятствия.

Интерференция – явление сложения в пространстве двух или более волн, при котором в разных его точках получается усиление или ослабление амплитуды результирующей волны. Для образования устойчивой интерференционной картины необходимо, чтобы волны накладывались в данной точке пространства с неизменной разностью фаз колебаний. Такие волны называются когерентными волнами, а источники таких волн называются когерентными источниками. Интерференция характерна для волн различной природы, в том числе для световых волн. Естественные источники света не являются когерентными источниками, поэтому интерференция световых волн от них не наблюдается.

В опыте Юнга когерентными источниками являлись две щели, на которые падала одна и та же первичная волна. В бипризме Френеля первичная световая волна преломляется, что приводит к появлению двух когерентных мнимых источников, от которых можно наблюдать интерференционную картину. Интерференцию можно наблюдать, если разделить первичную волну (первичный световой пучок) на два световых пучка, которые проходят разный путь и снова накладываются друг на друга (интерференция в тонких пленках, кольца Ньютона).

Дифракция света – явление огибания световыми волнами встречных препятствий с размерами, соизмеримыми с длиной волны, или проникновение света в область геометрической тени (например, в случае отверстия, размеры которого соизмеримы с длиной волны). Явление объясняется интерференцией вторичных волн, которые испускаются каждой точкой фронта первичной волны (основной принципа волновой оптики - принципа Гюйгенса-Френеля). Если размер отверстия гораздо больше длины волны света, то интерференция вторичных волн, возникающих в плоскости отверстия, приводит к тому, что в области геометрической тени интенсивность света равна нулю, т.е. приходим к объяснению закона прямолинейности распространения света в рамках волновой оптики. С волновой точки зрения световой пучок представляет собой ту область, в которой интерференция вторичных волн приводит к увеличению интенсивности света.

Заметим, что в волновой оптике, в отличие от геометрической оптики, понятие луча света утрачивает физический смысл, но используется для обозначения направления распространения световой волны.