Лекция 19 ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА Литература Павлов К

Лекция № 19 ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА Литература: Павлов К. Б. Волновые свойства света. Учебное пособие. – М. : МВТУ, 1986, Иродов И. Е. Волновые процессы. Основные законы. – М. – С. -П. : Физматлит, 1999.

Пространственно-временная когерентность Когерентность – согласованное протекание нескольких колебательных или волновых процессов. Временная когерентность: α 1 – α 2 = const (в данной точке пространства не зависит от времени). Пространственная когерентность: (α 1 – α 2 ) для колебаний, происходящих в 2 -х разных точках так называемой псевдоволновой поверхности остается неизменной.

Псевдоволновая поверхность – волновая поверхность монохроматического источника. ρког (lког) – радиус когерентности (длина пространственной когерентности) – расстояние вдоль псевдоволновой поверхности, на длине которого фаза случайным образом меняется на величину порядка π (Δα ~ π). Лазер – источник с высокой когерентностью (пространственная и временная когерентность).

Опыт Юнга Длина когерентности (19. 9)

где m – максимальный порядок интерференции, соответствующий еще видимой светлой полосе (19. 10) cтепень монохроматичности света λ/Δλ Ширина когерентности. Щели S 1 и S 2 становятся некогерентными источниками, если где 2 d – расстояние между щелями

Интерференционная картина исчезает, когда ширина щели S ширина полосы Тогда (19. 11) где φ – угловая ширина щели S относительно диафрагмы с двумя щелями.

Получение устойчивой интерференционной картины возможно, если у исходной световой волны: • lког превышает оптическую разность хода складываемых колебаний, • hког превышает расстояние 2 d между щелями. (19. 12) Иродов И. Е. Волновые процессы. Основные законы. — М. — С. -П. : Физматлит, 1999, стр. 85 -93.

Лекция № 20 ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА В ТОНКИХ ПЛЕНКАХ Литература: Иродов И. Е. Волновые процессы. Основные законы. – М. – С. -П. : Физматлит, 1999.

Интерферометры Интерферометр Майкельсона С его помощью впервые была измерена длина световой волны, проведено изучение тонкой структуры спектральных линий, выполнено первое прямое сравнение эталонного метра с определенной длиной волны света; осуществлен знаменитый опыт Майкельсона-Морли, доказавший независимость скорости света от движения Земли.

Упрощенная схема

Монохроматический свет от источника S падает на разделительную пластинку P, состоящую из 2 -х одинаковой толщины плоскопараллельных стеклянных пластинок, склеенных друг с другом. Одна из склеиваемых пластинок покрыта полупрозрачным тонким слоем Ag или Al. Пластинка P разделяет падающий пучок на два взаимно пучка 1 и 2 одинаковой интенсивности. Пучок 1, отраженный затем от зеркала З 1, вторично падает на пластинку P, где снова разделяется на две части. Один из них отражается в сторону зрительной трубы Т, другая же идет к источнику S и не представляет интереса.

Пучок 2, прошедший пластинку P, отражается от зеркала З 2, возвращается к пластинке P, где опять разделяется на две части, одна из которых попадает в трубу Т. Т. о. , от одного источника S получаются два пучка примерно одинаковой амплитуды, которые распространяются после разделительного слоя P в разных «плечах» интерферометра, затем снова встречаются и создают при условии соблюдения временной и пространственной когерентности интерференционную картину в фокальной плоскости объектива зрительной трубы.

Зеркало З 1 неподвижно, а зеркало З 2 можно перемещать поступательно и изменять его наклон. Заменим мысленно зеркало З 1 его мнимым изображением З 1' (в полупрозрачном «зеркале» P). Тогда пучки 1' и 2' можно рассматривать как возникающие при отражении от прозрачной «пластинки» , ограниченной плоскостями З 1' и З 2, что заметно облегчает дальнейшие рассуждения.

Вид интерференционной картины зависит от юстировки зеркал и от расходимости пучка света, падающего на разделительную пластинку P. Обычно используют два случая: 1. Если пучок слегка расходящийся, а плоскости З 2 и З 1' параллельны, то получаются полосы равного наклона, имеющие вид концентрических колец. При поступательном перемещении зеркала З 2 радиусы колец изменяются: когда зеркало З 2 приближается к З 1', кольца стягиваются к центру, где и исчезают (обратное тому, что наблюдается в случае колец Ньютона).

Смещение картины на одну полосу соответствует перемещению зеркала З 2 на половину длины волны. Визуально смещение можно оценить с точностью до 1/20 полосы, но есть методы, позволяющие обнаружить смещение до 10 -3 полосы. По мере приближения З 2 к З 1' ширина полос возрастает, и при совпадении З 2 с З 1' освещенность поля зрения становится равномерной.

2. Если пучок от источника S параллельный, а плоскости З 2 и З 1' не параллельны, то в поле зрения трубы будут наблюдаться полосы равной толщины (как от клиновидной пластинки). В месте пересечения – белый максимум (нулевой порядок интерференции, m = 0). При больших расстояниях между З 2 и З 1' и высокой степени монохроматичности света удавалось с помощью не лазерных источников наблюдать интерференцию очень высокого порядка (около 106).

Интерферометр Рэлея 1 S 2 Д Э

На схеме S – узкая щель, освещаемая монохроматическим светом с длиной волны λ, 1 и 2 – две одинаковые трубки с воздухом, длина каждой из которых равна l, торцы – прозрачные, Д – диафрагма с двумя щелями. Когда воздух в трубке 1 постепенно заменили газом X, то интерференционная картина на экране Э сместилась на N полос. Зная показатель преломления n 0 воздуха, определяют показатель преломления газа X. Смещение на N полос означает, что оптическая разность хода Δ лучей, падающих на щели, стала равной Nλ:

Отсюда показатель преломления газа X Смещение полос вверх свидетельствует о том, что и максимум нулевого порядка сместился вверх. При этом увеличение геометрической длины луча 2 компенсируется увеличением оптической длины луча 1. Интерферометр Рэлея используют для измерения малых разностей показателей преломления прозрачных веществ (газов и жидкостей).