Когерентность и монохроматичность световых волн.

Фотон - мельчайшая частица электромагнитного излучения, имеющая энергию в один квант.

Световые частицы (фотоны) одновременно обладают и волновыми и корпускулярными свойствами.

Наличие импульса у фотона экспериментально подтверждается открытием давления света.

В таблице приведены волновые и корпускулярные характеристики фотона, и их взаимосвязь.

Величины, описывающие волновые свойства	Величины, описывающие квантовые свойства	Формулы, объединяющие два класса величин
Частота - n	Масса фотона - m	m = h·n/c2
Период -T	Скорость фотона - c
Длина волны - l	Импульс фотона - p = m·c	p = h·n/c =h/l
V = l·n	Энергия E = m·c2	E = h·n

 

Согласно волновой теории свет представляет собой упругие продольные волны в особой среде, заполняющей все пространство - светоносном эфире. Распространение этих волн описывается принципом Гюйгенса: Каждая точка эфира, до которой дошел волновой процесс, является источником элементарных вторичных сферических волн, огибающая которых образует новый фронт колебаний эфира.

Корпускулярно-волновой дуализм является проявлением двух форм существования материи - вещества и поля. Согласно современным представлениям, свет имеет двойственную корпускулярно-волновую природу. В одних явлениях свет обнаруживает свойства волн, а в других - свойства частиц. Волновые и квантовые свойства дополняют друг друга.

волновые явления	квантовые явления
интерференция дифракция поляризация дисперсия	фотоэффект давление света линейчатость спектров испускания и поглощения

В настоящее время установлено, что корпускулярно - волновая двойственность свойств присуща также любой элементарной частице вещества. Например, обнаружена дифракция электронов, нейтронов.

Когерентность и монохроматичность световых волн.

Интерференцию света можно объяснить, рассматривая интерференцию волн. Необходимым условием интерференции волн является их когерентность, т. е. согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов.

Этому условию удовлетворяют монохроматические волны — неограниченные в пространстве волны одной определенной и строго постоянной частоты. Так как ни один реальный источник не дает строго монохроматического света, то волны, излучаемые любыми независимыми источниками света, всегда некогерентны. Поэтому на опыте не наблюдается интерференция света от независимых источников, например от двух электрических лампочек или от разных точек нити накала одной лампочки.

19.Интерференция света — нелинейное сложение интенсивностей двух или нескольких световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. Её распределение называется интерференционной картиной. При интерференции света происходит перераспределение энергии в пространстве. Впервые явление интерференции было независимо обнаружено Робертом Бойлем (1627—1691 гг.) и Робертом Гуком (1635—1703 гг.). Они наблюдали возникновение разноцветной окраски тонких плёнок (интерференционных полос), подобных масляным или бензиновым пятнам на поверхности воды. В 1801 году Томас Юнг (1773—1829 гг.), введя «Принцип суперпозиции», первым объяснил явление интерференции света, ввел термин «интерференция» (1803) и объяснил «цветастость» тонких пленок. Он также выполнил первый демонстрационный эксперимент по наблюдению интерференции света, получив интерференцию от двух щелевых источников света (1802); позднее этот опыт Юнга стал классическим. Условия интерференции: Волны должны быть когерентны. Когерентность - согласованность. В простейшем случае когерентными являются волны одинаковой длины, между которыми существует постоянная разность фаз.

Условие максимума. Пусть разность хода между двумя точками ,

тогда условие максимума: , т. е. на разности хода волн укладывается четное число полуволн (k= 1, 2, 3,...).

Условие минимума

Пусть разность хода между двумя точками ,

тогда условие минимума: ,т. е. на разности хода волн укладывается нечетное число полуволн (k= 1, 2, 3,...).

 

1) Метод Юнга — эксперимент, проведённый Томасом Юнгом и ставший экспериментальным доказательством волновой теории света. Согласно методу свет от источника попадает на два тонких отверстия и раздваивается, а затем на экране происходит интерференционная картина.

2) Бипризма Френеля – 2 призмы с маленьким углом преломления. Пройдя сквозь призмы свет от одного источника делится на 2 мнимых источника с когерентными излучениями.

3) Кольца Ньютона – интерференционная картина представлена в виде колец, чередование темных и светлых участков. Интерференционная картина в виде концентрических колец (колец Ньютона) возникает между поверхностями одна из которых плоская, а другая имеет большой радиус кривизны (например, стеклянная пластинка и плосковыпуклая линза). Исаак Ньютон исследовав их в монохроматическом и белом свете обнаружил, что радиус колец возрастает с увеличением длины волны (от фиолетового к красному).