Понятие о монохроматичности и когерентности световых лучей

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА.

Свет – электромагнитная волна.

Физиологическое действие на глаз оказывает вектор . Видимая область длин волн: (0,38 ÷ 0,760) мкм или (0,38 ÷ 0,76)·10^-6 м или (380 ÷ 760) нм. Наибольшая чувствительность глаза для λ = 550 мкм (зелёный свет). Последовательность цветов:КОЖЗГСФ

Видимый диапазон и примыкающие к нему диапазоны ультрафиолетового и инфракрасного излучений в совокупности составляют диапазон ЭМВ, изучаемый в оптике.

Из теории Максвелла следует, что скорость ЭМВ в вакууме

, где

Скорость распространения ЭМВ в диэлектриках , где - абсолютный показатель преломления среды, равный , ( диэлектрическая проницаемость среды, магнитная проницаемость среды). Для диэлектриков и абсолютны показатель n преломления определяется только диэлектрическими свойствами среды .

Абсолютным показателем преломления среды n называется физическая величина, определяемая отношением скорости света в вакууме с к фазовой скорости света в среде ,т. е. скорость света в среде связана с показателем преломления вещества: =c/n. Опыт показывает, что скорость света в среде зависит от длины волны света λ ( расстояние, которое световая волна проходит за период колебаний T, т.е. ). Так, в видимом диапазоне длин волн скорость света минимальна для фиолетовых лучей (λ_ф ≈400 нм) и максимальна для красных (λ_кр ≈760 нм), поэтому . Практически показатель преломления можно вычислить из известного соотношения геометрической оптик , т.е., вычислив отношение синусов угла падения и преломления на границе двух прозрачных сред.

Понятие о монохроматичности и когерентности световых лучей

Рассмотрим два источника любых, например, электромагнитных когерентных колебаний, излучающих монохроматичные волны в одном направлении. Монохроматичными являются волны одинаковой частоты (или ω, поскольку циклическая частота ). Накладываясь друг на друга, в некоторой точке пространства эти волны Е₁=Е₀₁cos (ω t + α₁) и Е₂ =Е₀₂cos (ω t + α₂) дают результирующее колебание, квадрат амплитуды которой определяется как Е² = Е₁² + Е₂² + 2Е₁ Е₂ cos (α₂ – α₁). Если величина δ = α₂ – α_1, называемая разностью фаз, остаётся со временем постоянной, то говорят, что излучаемые волны когерентны, а сами источники тоже называются когерентными. (Когерентность – это согласованное протекание во времени и пространстве колебательных или волновых процессов). Явление взаимного усиления и ослабления волн, распространяющихся от когерентных источников при их наложении называется интерференцией. Это явление может возникать при наложении друг на друга любых когерентных волн, в том числе и световых. Две одинаковые электрические лампочки не являются когерентными источниками, т.к. излучение светящегося тела слагается из волн произвольно испускаемых многими атомами с цугом порядка 10^-8с. Поскольку лазер излучает непрерывную монохроматическую волну (а не отдельными цугами),то два лазера являются когерентными источниками света. Наиболее интересные результаты получаются, если интерференционная картина наблюдается от двух источников с одинаковыми интенсивностями.

Для когерентных источников света интенсивность света результирующей волны I = I₁ + I₂ +2 cos δ, для некогерентных I = I₁ + I₂, поскольку для них среднее значение <cos δ> = 0. Интенсивность света I определяется усредненным по времени квадратом амплитуды вектора напряженности электрического поля световой волны, т.е. . Таким образом, для когерентных источников в зависимости от разности фаз в некоторых точках пространства результирующая интенсивность света I может быть как больше, так и меньше суммы интенсивностей I₁ и I₂
Рассмотрим два когерентных источника света в виде горизонтальных щелей S₁ и S₂, находящихся на расстоянии d друг от друга. Рассмотрим некоторую точку С на экране, где будем наблюдать интерференционную картину в зависимости от разность хода лучей и разности фаз.

Интерференция света – явление перераспределения светового потока в пространстве, возникающее в результате наложения когерентных световых волн, при котором не имеет место простое суммирование интенсивностей. В некоторых точках пространства интенсивность результирующей волны оказывается больше, чем сумма интенсивностей исходных волн. Никакого нарушения закона сохранения энергии при этом нет, т.к. в других точках пространства интенсивность оказывается меньше суммы интенсивностей складываемых волн, а при равенстве их амплитуд даже становится равной нулю.

Δ = l₂ – l₁ – называется геометрической разностью хода,

если же учесть показатели преломления сред n₁ и n₂, в которых распространяются лучи, то

Δ = ( n₂ d₂ – n₁ d₁ ) - называется оптической разностью хода.

Волны усиливают друг друга при наблюдении на экране, если они приходят в фазе, т.е., , где k – целое число и (полностью) ослабляют друг друга, если приходят в точку наблюдения в противофазе, т.е. Δ = (2k + 1)