Определение радиуса кривизны линзы и длины световой волны с помощью колец Ньютона (Лабораторная работа № 3лок), страница 2

Средний период колебаний электромагнитного поля в оптической области спектра составляет 10^-15 с. Из-за очень больших оптических частот и быстроты изменения амплитуд и фаз излучаемых цугов ни один приёмник света не может измерить мгновенное значение этих физических величин. Удаётся измерять только квадраты напряжённостей (интенсивности) световых полей, усреднённые по временам, существенно превышающим время их изменений. Обозначив в простой модели, рассмотренной выше, интенсивность слагаемых волн I₁=I₂=I₀, для интенсивности результирующего колебания получим

(3.4)

Когда разность фаз складываемых волн меняется случайным образом, волны называются некогерентными, т.е. некоррелированными. При наложении друг на друга некогерентных волн интерференция не возникает. В этом случае в соотношении (3.4) среднее значение квадрата косинуса за большой промежуток времени равно одной второй, а следовательно, средняя интенсивность результирующего колебания

т.е. средняя интенсивность результирующей волны в любой точке равна просто сумме интенсивностей слагаемых волн. Так, интенсивность света от двух электрических лампочек равна сумме интенсивностей каждой из них.

Однако, если пучки света не являются независимыми, например, один получается из другого отражением в зеркале, как в опыте Френеля, то колебательные процессы в них протекают во времени согласованно. Складываемые волны одинаковой частоты с постоян-ной разностью фаз называются когерентными. Только когерентные световые волны дают интерференционную картину — регулярное чередование в пространстве областей повышенной и пониженной интенсивности света. В модели двух складываемых волн, распростра-няющихся в одном направлении, она описывается соотношением (3.4) при условии, что в каждой точке a= const. Из него видно, что

Итак, интерференция света — это пространственное перераспределение энергии светового излучения при наложении друг на друга двух или нескольких световых волн - частный случай общего явления интерференции волн. Она характеризуется образованием стационарной, т.е. постоянной во времени, интерференционной картины, получающейся в результате наложения когерентных световых пучков, т.е. в условиях постоянной (или регулярно меняющейся) разности фаз.

Существует множество схем опытов и естественных ситуаций, в которых наблюдается интерференция света. Их наиболее существенные отличия связаны с различиями в способах получения когерентных пучков света и в числе интерферирующих лучей.

Взаимно когерентные световые пучки могут быть получены путём разделения и последующего сведения лучей, исходящих от общего источника света. По способам создания когерентных пучков света выделяют схемы с делением волнового фронта и с делением амплитуды.

При первом способе сводятся вместе световые пучки, исход­но отличающиеся направлением распространения от источника. Такой способ используется, например, в опыте Юнга, а также в демонстрационных опытах с применением зеркал Френеля, билинзы Бийе и др. Из интерференционных устройств с делением волнового фронта большое практическое значение в спектро­скопии имеет дифракционная решётка.

В схемах интерференции света с амплитудным делением волнового поля излучение первичного источника делится полу­прозрачными границами раздела оптических сред. Так, напри­мер, возникает широко распространённая в естественных усло­виях интерференция света в тонких плёнках, ответственная за радужную окраску масляных пятен на воде, мыльных пузырей, крыльев насекомых, окисных пленок на металлах и др. Во всех этих случаях имеет место интерференция света, отраженного обеими поверхностями пленок.

В тонких плёнках переменной толщины при освещении про­тяжённым источником света картина интерференционных полос воспринимается локализованной на поверхности пленки, причём данная интерференционная полоса соответствует фиксирован­ной толщине плёнки (так называемые полосы равной толщины). Яркое интерференционное окрашивание возникает только для тонких плёнок толщиной порядка длины волны. Для более тол­стых плёнок интерференционная картина видна при освещении монохроматическим светом.

В тонких плёнках строго постоянной толщины (с точностью до малых долей длины волны) одинаковую разность хода при­обретают при отражении от двух поверхностей плёнки лучи, падающие на плёнку под фиксированным углом. Эти лучи обра­зуют интерференционную картину полос равного наклона. Ме­тод деления амплитуды широко применяется в различных схе­мах интерферометров, в которых для разделения волновых по­лей используются специальные полупрозрачные зеркала.