Способы получения интерференционной картины света. Условия максимума и минимума при интерференции. Ширина интерференционной полосы. Опыт Юнга

 

Рассмотрим 2 конкретные схемы, одна из которых использует для разделения световой волны на 2 части отражение, а другая – преломление света.

Зеркала Френеля (Ф.з.) — оптическое устройство, предложенное в 1816 О. Ж. Френелем для наблюдения явления интерференции когерентных световых пучков. Устройство состоит из двух плоских зеркал I и II, образующих двугранный угол, отличающийся от 180° всего на несколько угловых мин. При освещении зеркал от источника S отражённые от зеркал пучки лучей можно рассматривать как исходящие из когерентных источников S1 и S2, являющихся мнимыми изображениями S. В пространстве, где пучки перекрываются, возникает интерференция. Если источник S линеен (щель) и параллелен ребру Ф. з., то при освещении монохроматическим светом интерференционная картина в виде параллельных щели равностоящих тёмных и светлых полос наблюдается на экране М, который может быть установлен в любом месте в области перекрытия пучков. По расстоянию между полосами можно определить длину волны света. Опыты, проведённые с Ф. з., явились одним из решающих доказательств волновой природы света.

Бипризма Френеля –призма с очень малыми углами при вершинах. Бипризма Френеля является оптическим устройством, позволяющим из одного источника света формировать две когерентные волны, которые дают возможность наблюдать на экране устойчивую интерференционную картину. Бипризма Френкеля служит средством экспериментального доказательства волновой природы света.

 

 

Явление интерференции наблюдается в тонком слое несмешивающихся жидкостей (керосина или масла на поверхности воды), в мыльных пузырях, на крыльях бабочек и в цветах побежалости, в тонких пленках и т. д.

 

Величина, равная разности оптических длин проходимых волнами путей, называется оптической разностью хода:

.

Разность хода фаз:

– из формулы видно, что если оптическая разность хода равна целому числу длин волн в вакууме, в

(1)

то разность фаз оказывается кратной 2пи и колебания будут происходить с одинаковой фазой. Таким образом (1) есть условие интерференционного максимума. Если оптическая разность хода равна полуцелому числу длин волн в вакууме,

(2)

то колебания в точке наблюдения будут находиться в противофазе. Следовательно (2) есть условие интерференционного минимума.

Расстояние между двумя соседними максимумами интенсивности называется расстоянием между интерференционными полосами, а расстояние между соседними минимумами интенсивности – шириной интерференционной полосы. Расстояние между полосами и ширина полосы имеют одинаковое значение, равное

Опыт Юнга — эксперимент, проведённый Томасом Юнгом и ставший экспериментальным доказательством волновой теории света.

В опыте пучок света направляется на непрозрачный экран-ширму с двумя параллельными прорезями, позади которого устанавливается проекционный экран. Особенность прорезей в том, что их ширина приблизительно равна длине волны излучаемого света. Так как свет представляет собой распространяющиеся волны (волновая теория света), то, согласно принципу Гюйгенса, каждая прорезь является источником вторичных волн. Если вторичные волны достигнут линии в середине проекционного экрана, находящейся на равном удалении от прорезей, синхронно и в одной фазе, то на серединной линии экрана их амплитуды прибавятся, что создаст максимум яркости. На определенном удалении от центральной линии, напротив, волны окажутся в противофазе — их амплитуды компенсируются, что создаст минимум яркости (темная полоса). По мере дальнейшего удаления от средней линии яркость периодически изменяется, возрастая до максимума и снова убывая. На проекционном экране получается целый ряд чередующихся интерференционных полос, что и было продемонстрировано Томасом Юнгом.