Классические оптические интерференционные опыты

1 Опыт Юнга: Лишь в XIX в. (1802 г.) английский ученый Томас Юнг (1773-1829) усовершенствовав условия опыта Гримальди (1665) с двумя щелями, получил стационарную картину интерференции и впервые измерил длину волны света. В пучок света Юнг ввел дополнительную щель , что сильно уменьшило угловые размеры источника и обеспечило когерентное освещение двух основных щелей и . Вследствие дифракции на щелях происходит расширение световых пучков, что позволяет им перекрываться. Область, в которой волны перекрываются, называется полем интерференции. Интерференционная картина (область ) наблюдается на экране , расположенном на некотором расстоянии параллельно и . и делят фронт волны от щели на части, они играют роль вторичных когерентных источников. Недостаток этого метода: введение дополнительной щели резко уменьшает используемый световой поток, что затрудняет осуществление опыта. Интенсивность наблюдаемой картины можно увеличить, если вместо точечных отверстий , применить узкие, длинные, параллельные между собой щели. Однако ширина щелей и должна быть гораздо меньше, чем расстояние между ними. Рэлей предложил получать щели нанесением полос с помощью бритвы на стеклянной пластинке, покрытой тонким слоем серебра. При использовании обычных источников света в интерференционной картине , . При больших размерах щели видность уменьшается. При использовании лазера дополнительную щель можно не ставить. , .

2 Зеркало Ллойда(1800-1881): расходящийся под небольшим углом пучок света от протяженного источника - обычно ртутная лампа – падает на отражающую поверхность – плоское металлическое зеркало. Часть волнового фронта падает непосредственно на экран , установленный перпендикулярно зеркалу, другая после отражения от этого зеркала. В области пересечения фронтов под углом, близким к прямому наблюдается интерференция. Источником когерентных волн является источник и его мнимое изображение в зеркале . Угол между лучами, исходящими из источника и встречающимися в одной и той же точке интерференционной картины, называется апертурой интерференции . Апертура интерференции зависит от того, для какого места на экране исследуется интерференция. Она тем меньше, чем ближе это место к центру поля (к плоскости зеркала). Вследствие этого получается разная четкость интерференционной картины на различных участках экрана. С возрастанием расстояния от зеркала , т.е. с ростом апертуры качество интерференционной картины ухудшается, вплоть до исчезновения. Поэтому для точек экрана близких к плоскости зеркала, можно пользоваться сравнительно широкими источниками, и установка получается достаточно светосильной. В точке будет min т.к. при отражении происходит потеря

3 Бизеркала Френеля: Огюстен Жанн Френель (1788-1827) – французский физик. Другой интерференционный опыт аналогичный опыту Юнга, но в меньшей степени осложненный явлениями дифракции и более светосильный был осуществлен Френелем в 1816 г. Две когерентные световые волны получались в результате отражения падающего расходящегося пучка от двух зеркал, плоскости которых наклонены под очень малым углом друг к другу. Источником служит узкая, яркоосвещенная щель , параллельная ребру между зеркалами. Отраженные от зеркал пучки когерентны, падают на экран , и в той области, где они перекрываются, возникает интерференционная картина (область ) в виде параллельных интерференционных полос, параллельных щели. От прямого попадания лучей от источника экран защищен непрозрачной ширмой. Для расчета освещенности экрана можно считать, что интерферирующие волны испускаются вторичными источниками и , представляющими собой мнимые изображения щели в зеркалах. Угловое расстояние между и равно . , и лежат на окружности радиуса с центром в точке соприкосновения зеркал. Максимальный угол расхождения перекрывающихся пучков не может быть больше . Апертура перекрывающихся пучков и апертура интерференции имеют одинаковое значение и зависят от величины . Т.к. очень мал, т.е. - мало, то можно получить широкие интерференционные полосы. Ширина интерференционной полосы на экране: . Область перекрытия: , максимальное число полос: . Недостатки данного метода: бизеркала Френеля не могут обеспечить большие размеры интерференционной картины; обеспечить малый угол между зеркалами трудно; на ребре пересечения зеркал возникает дифракция, искажающая интерференционную картину; яркость все же не велика