Курс физики (стр. 5 )

Реальная волна, излучаемая в течение ограниченного промежутка времени и охватывающая ограниченную область пространства не является монохроматической. С помощью методов спектрального анализа (разложении Фурье для сложных функций, см. в главе 7, пункт 7.4.2) можно волну любой формы представить в виде группы волн синусоидальной формы или волнового пакета со сплошным спектром частот, которые образуют непрерывную последовательность значений частот от до , где - частота колебаний рассматриваемого источника. Величина характеризует ширину спектра, она связана с величиной, называемой временем когерентности немонохроматической волны, соотношением . Величина называется длиной когерентности немонохроматической волны. Надо заметить, что длина когерентности и длина цуга волн совпадают. Чем ближе данная волна к монохроматической, тем меньше , тем больше время и длина когерентности. Если разность хода интерферирующих пучков больше цуга волн, то в данной точке интерференционного поля складываются волны, испущенные атомом в моменты времени, отличающиеся более чем время когерентности. Такие волны не дают интерференции. Следовательно, интерференция не наблюдается, если разность хода больше длины цуга. Максимальная разность хода, при которой интерференция ещё наблюдается, равна длине цуга. Для видимого света , а .

Иначе обстоит дело в случае вынужденного излучения, возникающего в неравновесной (активной среде) под действием переменного электромагнитного поля. Вынужденное излучение когерентно с возбуждающим его монохроматическим излучением, имеет ту же частоту, поляризацию и направление излучения. Эти особенности вынужденного излучения используются в квантовых генераторах (лазерах и мазерах). Время когерентности вынужденного излучения значительно больше времени когерентности спонтанного излучения. Для лазеров непрерывного действия , а .

Получение волн для реализации интерференции в оптике осуществляется двумя способами: 1) делением амплитуды волны; 2) делением фронта волны. Полученные волны в отношении изменения их фазы по времени являются точными копиями исходной.

Примером использования первого метода является метод Юнга (см. опыт Юнга), бипризма Френеля, зеркала Френеля, второго – интерферометр Майкельсона, тонкие пленки, клин, кольца Ньютона. Схемы получения когерентных волн в первом случае основаны на получении двух источников, которые являются двумя изображениями данного единого излучающего центра. Во втором случае получение когерентных волн происходит делением волны в пределах цуга на две волны. Способов получения когерентных источников существует достаточно много, мы рассмотрим только два из них.

·  Бизеркала Френеля – два зеркала, расположенных под углом, близким к 1800. Источниками когерентных волн служат два мнимых изображения S1 и S2 в зеркалах действительного источника S (рисунок 4.2.1). Интерференция наблюдается в области, где перекрываются световые потоки, идущие от S1 и S2 (зачерненная область на рисунке).

·  Бипризма Френеля позволяет получить из одного действительного источника S два мнимых S1 и S2, находящихся по обе стороны от S в одной с ним плоскости (рисунок 4.2.2). Получаются источники на продолжении световых лучей, падающих на бипризму и преломляющихся в ней (они отмечены пунктиром на рисунке). Бипризма Френеля представляет из себя две соединенные призмы с очень малым преломляющим углом (порядка 20' - 50'), который обеспечивает малое расстояние между получающимися мнимыми источниками.

Рисунок 4.2.1.– Получение когерентных источников с помощью бизеркал Френеля

Рисунок 4.2.2.– Получение когерентных источников с помощью бипризмы Френеля.

Полной аналогии с интерференцией монохроматических волн при любом методе получения когерентных волн не получится, поскольку каждая из волн имеет конечное время когерентности, в течение которого эти волны действительно могут интерферировать. Поэтому картина интерференции монохроматических волн является лишь первым приближением в изучении интерференции волн от реальных источников. Реальные волны тем ближе к монохроматическим волнам, чем больше время и длина когерентности.

2.3. Интерференция света от двух когерентных источников (схема Юнга)

Рассмотрим схему метода изучения интерференции (рисунок 4.2.3), предложенную Юнгом.

ПРИМЕР 1. Одноцветная интерференция монохроматических волн. Опыт Юнга.

Постановка задачи.

Есть два монохроматических когерентных источника S1 и S2, разделённых расстоянием d. Длина волны света, излучаемого источниками, λ. На расстояние L от источников находится экран, где наблюдается интерференция, (расстояния выбираются так, чтобы d<<L). Определить координаты точек на экране, где наблюдается максимум и минимум интерференции (рисунок 4.2.3).

Все задачи, в которых исследуется явление интерференции, рассматриваются в следующем порядке:

·  Рисуются лучи, вдоль которых распространяются когерентные волны от когерентных источников; лучи пересекаются в точке пространства (точке наблюдения), в которой исследуется интенсивность света.

·  Определяется оптическая разность хода выделенных лучей (волн).

·  Исследуется условие максимума и минимума при интерференции для найденной оптической разности хода в данной задаче.

Рисунок 4.2.3. – Схема опыта Юнга и распределение интенсивности света на экране

Рассмотрим интерференцию в схеме Юнга (рисунок 4.2.3). Точка О – центр интерференционной картины на экране наблюдений (находится напротив точки А, разделяющей расстояние между источниками пополам). Возьмём любую другую точку на экране, например, точку М, отстоящую от точки О на расстоянии . Свет от источника S1 до точки М проходит расстояние , а от S2 – расстояние . Как было установлено, амплитуда результирующего колебания, полученного при сложении световых колебаний от двух источников, зависит от оптической разности хода , т. к. поскольку установка находится в воздухе, показатель преломления которого . Воспользовавшись условием d<<L, получим: (см. треугольники и (рисунок 4.2.3), отсюда разность хода равна:

(4.2.9)

Если в точке М наблюдается максимум, то условие максимума при интерференции следующее: , где Отсюда можно определить – координату –ого максимума на экране наблюдений:

(4.2.10)

Когда , то , . Таким образом, центральный (нулевой) интерференционный максимум находится в центре экрана, точка О (рисунок 4.2.3). Следующие максимумы расположены симметрично по обе стороны от точки О и соответствуют условиям: (первый максимум), (второй максимум) и т. д. Интерференционная картина на экране наблюдений симметрична относительно точки О.

Основные порталы (построено редакторами)

Домашний очаг Дом • Дача • Садоводство • Дети • Активность ребенка • Игры • Красота • Женщины • (Беременность) • Семья • Хобби Здоровье: • Анатомия • Болезни • Вредные привычки • Диагностика • Народная медицина • Первая помощь • Питание • Фармацевтика История: СССР • История России • Российская Империя Окружающий мир: Животный мир • Домашние животные • Насекомые • Растения • Природа • Катаклизмы • Космос • Климат • Стихийные бедствия Справочная информация Документы • Законы • Извещения • Утверждения документов • Договора • Запросы предложений • Технические задания • Планы развития • Документоведение • Аналитика • Мероприятия • Конкурсы • Итоги • Администрации городов • Приказы • Контракты • Выполнение работ • Протоколы рассмотрения заявок • Аукционы • Проекты • Протоколы • Бюджетные организации Муниципалитеты • Районы • Образования • Программы Отчеты: • по упоминаниям • Документная база • Ценные бумаги Положения: • Финансовые документы Постановления: • Рубрикатор по темам • Финансы • города Российской Федерации • регионы • по точным датам Регламенты Термины: • Научная терминология • Финансовая • Экономическая Время: • Даты • 2015 год • 2016 год Документы в финансовой сфере • в инвестиционной • Финансовые документы - программы

Техника Авиация • Авто • Вычислительная техника • Оборудование • (Электрооборудование) • Радио • Технологии • (Аудио-видео) • (Компьютеры) Общество Безопасность • Гражданские права и свободы • Искусство • (Музыка) • Культура • (Этика) • Мировые имена • Политика • (Геополитика) • (Идеологические конфликты) • Власть • Заговоры и перевороты • Гражданская позиция • Миграция • Религии и верования • (Конфессии) • Христианство • Мифология • Развлечения • Масс Медиа • Спорт (Боевые искусства) • Транспорт • Туризм Войны и конфликты: Армия • Военная техника • Звания и награды Образование и наука Наука: Контрольные работы • Научно-технический прогресс • Педагогика • Рабочие программы • Факультеты • Методические рекомендации • Школа • Профессиональное образование • Мотивация учащихся Предметы: Биология • География • Геология • История • Литература • Литературные жанры • Литературные герои • Математика • Медицина • Музыка • Право • Жилищное право • Земельное право • Уголовное право • Кодексы • Психология (Логика) • Русский язык • Социология • Физика • Филология • Философия • Химия • Юриспруденция

Мир Регионы: Азия • Америка • Африка • Европа • Прибалтика • Европейская политика • Океания • Города мира Россия: • Москва • Кавказ • Регионы России • Программы регионов • Экономика Бизнес и финансы Бизнес: • Банки • Богатство и благосостояние • Коррупция • (Преступность) • Маркетинг • Менеджмент • Инвестиции • Ценные бумаги: • Управление • Открытые акционерные общества • Проекты • Документы • Ценные бумаги - контроль • Ценные бумаги - оценки • Облигации • Долги • Валюта • Недвижимость • (Аренда) • Профессии • Работа • Торговля • Услуги • Финансы • Страхование • Бюджет • Финансовые услуги • Кредиты • Компании • Государственные предприятия • Экономика • Макроэкономика • Микроэкономика • Налоги • Аудит Промышленность: • Металлургия • Нефть • Сельское хозяйство • Энергетика Строительство • Архитектура • Интерьер • Полы и перекрытия • Процесс строительства • Строительные материалы • Теплоизоляция • Экстерьер • Организация и управление производством