Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами.

Видность интерференционной картины по определению равна

Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru

Здесь Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru - интенсивность света в середине светлой полосы, Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru - в середине ближайшей темной полосы.

Видность интерференционной картины меняется в пределах от 0 до 1. Нулевая видность соответствует условию Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru , при котором полосы просто отсутствуют (равномерно освещенная область экрана). Видностьравная единице соответствует условию Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru .

С интерференционными явлениями мы сталкиваемся довольно часто: цвета масляных пятен на асфальте, окраска мыльных пузырей и замерзающих оконных стекол, причудливые цветные рисунки на крыльях некоторых бабочек и жуков – все это проявление интерференции света.

Необходимым условием интерференции является их когерент­ность, т. е. равенство их частоти постоянная во времени разность фаз. Этому условию удовлетворяют только монохроматические свето­вые волны, т.е. волны с одинаковой частотой.

Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru

 

Условия когернетности. Любая волна - результат наложения большого количества колебаний с различными частотами, т. е. световая волна характеризуется спектром (см рис). Если этот спектр узок, то свет воспринимается как монохроматический с частотой ω0. Но и такую волну можно рассматривать как волну, полученную от наложения двух волн с близкими частотами:ω0 и ω0 + ∆ω, где ∆ω – ширина спектра, т. е. интервал между частотами, интенсивность которых I = I0/2.

Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru При наложении волн с близкими частотами в некоторой точке пространства возникают биения

Амплитуда результирующего колебания (биений) меняется во времени. Пусть ∆t – промежуток времени, за который определяется интенсивность волны.

При ∆t << ТБ интенсивность результирующей волны I ≠ I1 + I2 ,
а при ∆t > ТБ I = I1 + I2.

В первом случае мы должны сделать вывод, что накладывающиеся волны когерентные между собой, а во втором – не когерентные. Т. е. об одном и том же процессе получили два противоположных вывода. В связи с этим и вводится понятие ∆t = τ (время когерентности) - это наибольший промежуток времени при усреднении по которому накладывающиеся волны еще остаются когерентными.

За τ принимают период биений(τ = ТБ).
Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru и Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru , Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru .

Т. е. время когерентности Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru зависит от ширины спектра Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru накладывающихся волн. Когерентность, зависящую от ширины спектра, принято называть временной когерентностью.

Время когерентности позволяет определить длину когерентности

Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru .(4.1)

Длина когерентности определяет расстояние, при прохождении которого, накладывающиеся волны утрачивают свойство когерентности.
Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru Кроме временной когерентности проявляется еще пространственная когерентность. Она обусловлена тем, что источники света характеризуются угловыми размерами. Пусть имеется источник света. Свет, приходящий от разных точек источника, в некоторую точку пространства А будет иметь разное направление вектора Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru (волновое число) Угловой размер удаленного источника Ө можно выразить так:

Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru .

Величину rk Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru - называют радиусом когерентности. Он определяет максимальное расстояние в направлении перпендикулярном направлению света, на котором волны остаются еще когерентными между собой.

Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru (4.2)


т. е. радиус когерентности зависит от углового размера источника и среднего значения длин волн, приходящих от этого источника.
Определим длину и радиус когерентности лучей видимого диапазона, приходящих от Солнца. Учтем, что угловой размер Солнца Ө= 10-2 радиана, среднее значение длины волны лучей видимого диапазона λ~ 5 10-7 м, а ширина видимого диапазона∆λ~ 2, 5۠·10-7м, тогда lког= 1 мкм, а rk= 50 мкм.

Интерференция света
Явление интерференции свидетельствует о том, что свет — это волна. Интерференцией световых волн называется сложение двух когерентных волн, вследствие которого наблюдается усиление или ослабление результирующих световых колебаний в различных точках пространства.  
Условия интерференции Волны должны быть когерентны. Когерентность - согласованность. В простейшем случае к огерентными являются волны одинаковой длины, между которыми существует постоянная разность фаз.  
Все источники света, кроме лазера, некогерентны, однако Т. Юнг впервые пронаблюдал (1802) явление интерференции, разделив волну на две с помощью двойной щели. Свет от точечного монохроматического источника S падал на два небольших отвер­стия на экране. Эти отверстия действуют как два когерентных источника света S1 и S2. Волны от них интерферируют в области перекрытия, проходя разные пути: ℓ1 и ℓ2. На экране наблюдается чередование светлых и темных полос. Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru
Условие максимума. Пусть разность хода между двумя точками Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru , тогда условие максимума: Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru т. е. на разности хода волн укладывается четное число полуволн (k= 1, 2, 3, ...). Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru или Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru
    Условие минимума Пусть разность хода между двумя точками Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru , тогда условие минимума: Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru , т. е. на разности хода волн укладывается нечетное число полуволн (k= 1, 2, 3, ...). Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru
Интерференция света в тонких пленках Различные цвета тонких пленок — результат интерфе­ренции двух волн, отражаю­щихся от нижней и верхней по­верхностей пленки. При отражении от верх­ней поверхности пленки проис­ходит потеря полуволны. Сле­довательно, оптическая раз­ность хода Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru . Тогда условие максимального усиле­ния интерферирующих лучей в отраженном свете следую­щее: Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru . Если потерю полуволны не учитывать, то Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru . Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru
Кольца Ньютона Интерференционная карти­на в тонкой прослойке воздуха между стеклянными пластина­ми — кольца Ньютона. Волна 1 — результат отра­жения ее от точки А (граница стекло —воздух). Волна 2 — отражение от плоской пласти­ны (точка В, граница воздух — стекло). Волны когерентны: возникает интерференционная картина в прослойке воздуха между точками А и В в виде-концентрических колец. Зная радиусы колец, можно вычислить длину волны, используя формулу Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru , где r - радиус кольца, R — радиус кри­визны выпуклой поверхности линзы. Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru
Использование интерференции в технике  
Проверка качества обра­ботки поверхности до одной де­сятой длины волны. Несовершенство обра­ботки определяют но искрив­лению интерференционных по­лос, образующихся при отра­жении света от проверяемой поверхности. Интерферометры служат для точного измерения показателя преломления газов и других веществ, длин световых волн. Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru
Просветление оптики. Объективы фотоаппаратов и кинопроекторов, перископы под­водных лодок и другие оптические устройства состоят из большого числа оптических стекол, линз, призм. Каждая отполиро­ванная поверхность стекла отражает около 5% падающего на нее света. Чтобы уменьшить долю отражаемой энергии, исполь­зуется явление интерференции света. Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru
На поверхность оптическо­го стекла наносят тонкую пленку. Для того чтобы волны 1 и 2 ослабляли друг друга, должно выполняться условие минимума. В отраженном свете разность хода волн равна: Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru . Потеря полуволны происходит при отражении как от пленки, так и от стекла (показатель преломления стекла больше, чем пленки), поэтому, эту потерю можно не учитывать. Следо­вательно, Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru , где n - показатель преломления пленки; h — толщина пленки. Минимальная толщина пленки будет при k=0. Поэтому Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru . При равенстве амплитуд гашение света будет полным. Толщину пленки подбирают так, чтобы пол­ное гашение при нормальном падении имело место для длин волн средней части спектра (для зеленого цвета): Ширина интерференционных полос - это расстояние на экране между двумя соседними светлыми или двумя темными полосами. - student2.ru . Чтобы рассчитать толщину пленки в этой формуле необходимо взять длину волны и показатель преломления зеленого света. Лучи красного и фиолетового цвета ослабляются незначительно.поэтому объективы оптических приборов в отраженном свете имеют сиреневые оттенки  


Наши рекомендации