Волновая природа света. Интерференция света

Свет обладает волновой природой. Длина световой волны:

,

где с=3×108 м/с; n – частота излучения. Абсолютный показатель преломления среды , где u–скорость света в среде. Зависимость показателя преломления света от длины волны называют дисперсией света. Спектр белого света содержит семь основных цветов, непрерывно переходящих друг в друга. Волновая природа света наиболее ярко подтверждается явлениями интерференции и дифракции.

Интерференция света – это особый случай сложения волн, при котором в одних точках пространства волны усиливают друг друга, а в других точках пространства гасят друг друга. Следовательно, при интерференции световая энергия перераспределяется в пространстве.

Интерференционная картина – чередование максимумов и минимумов интенсивности (светлых и темных полос).

Волны усиливают или ослабляют друг друга при условии: w1=w2 (частоты колебаний одинаковы) и Δ = const (разность фаз постоянна).Волны, удовлетворяющие этому условию, называются когерентными.Таким образом, интерферируют только когерентные волны.

Получить такие волны в оптике можно, разделив световую волну от одного источника на части. От двух независимых источников света получить интерференционную картину невозможно ни при каких условиях.

Пусть из точек S1 и S2 распространяются волны одного направления (рис.19.1), которые встречаются в точке Р. Положение темных и светлых полос на экране определяются из следующих соотношений:

– условие максимума,

условие минимума,

где – оптическая разность хода, k=0,1,2,…- порядок max, min, λ– длина волны. Если Dj ¹const, то интерференция отсутствует.

Можно показать, что при двухлучевой интерференции расстояние между соседними полосами (ширина интерференционных полос) , где d – расстояние между источниками когерентных волн, L – расстояние от источника до экрана.

Наиболее часто мы встречаемся с интерференцией на тонких пленках и пластинах. При падении света на тонкие прозрачные пленки и пластинки образуются когерентные лучи I', I'' ( в отраженном свете) и 2', 2'' (в проходящем свете) за счет отражения и преломления лучей на обеих поверхностях пленки (рис.18.2). Наложение этих лучей приводит к интерференции света в отраженных и проходящих лучах. Разность хода в этом случае зависит от толщины пленки d, угла падения света i, длины световой волны l и показателя преломления пленкиn: – в отраженном свете; – в проходящем свете/

Если i = const – угол падения, а d¹const - толщина пленки меняется, то получаем интерференционную картину, называемую полосами равной толщины. Каждая из полос получается за счет наложения когерентных лучей (I', I'',...), образующихся на определенной толщине пленки. Поэтому такие полосы называются полосами равной толщины.

Явление интерференции используют в интерферометрах для точного измерения длин отрезков, показателей преломления длин волн.

Интерференция в тонких слоях применяется для уменьшения потерь на отражение в различных оптических приборах. Поверхности линз покрывают тонкой пленкой, показатель преломления которой отличается от показателя преломления линзы (рис.18.4). Падающие на линзу лучи, отражаясь от обеих поверхностей пленки, образуют когерентные лучи, с разностью хода , где d - толщина пленки. Если , то волны гасят друг друга: , т.е. .

При такой толщине пленки даваемое прибором изображение становится ярче, «просветляется». Отсюда и название «просветление оптики». На линзы при обычных условиях падает белый свет. Соотношение выполняется не для всех длин волн. Наиболее полное гашение выполняется для волн средней части спектра (зеленый цвет). Для красных и фиолетовых лучей ослабление незначительно. Поэтому объективы с просветленной оптикой в отраженном свете имеют лилово-сиреневый оттенок.