Лекции по физике. Оптика. Интерференция света

Корпускулярная и волновая теории света
Первоначально возникли и развивались две теории света: корпускулярная и волновая
Согласно корпускулярной теории свет представляет собой поток частиц
Согласно волновой теории свет представляет собой волну, распространяющуюся в особой среде - эфире

Принцип Гюйгенса
Волновая теория света основана на принципе Гюйгенса: каждая точка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн даёт положение волнового фронта в последующий момент времени
На основе волновой теории удалось правильно объяснить законы отражения и преломления света

Корпускулярная и волновая теории света
Волновая теория так же позволяла объяснить явления интерференции и дифракции
Трудности волновой теории связаны с тем, что не удалось обнаружить среду распространения световых волн – эфир, а так же с невозможностью объяснить явления фотоэффекта и теплового излучения

Квантовая теория света
Затруднения волновой теории были преодолены в квантовой теории света, согласно которой излучение распространение и поглощение света происходят порциями – квантами энергии
Основы квантовой теории света были заложены М.Планком и А.Эйнштейном

Интерференция
При соблюдении некоторых условий наблюдается отклонение от закона независимости световых пучков. Действие, производимое несколькими световыми лучами отличается от суммы воздействий всех лучей. Такое явление называется интерференцией
При интерференции происходит увеличение средней интенсивности света в одних областях и уменьшение в других

Когерентность и монохроматичность
Необходимыми условиями возникновения интерференции являются монохроматичность и когерентность световых потоков
Монохроматичность световых волн означает неизменность во времени их длин и частот колебаний
Любой световой поток можно представить как суперпозицию монохроматичных волн

Когерентность и монохроматичность
Интерферировать между собой могут только монохроматические составляющие нескольких световых потоков. При этом суммарная интерференционная картина является наложением всех монохроматических интерференционных картин

Когерентность и монохроматичность
Строго монохроматическое излучение получить невозможно
Дело в том, что при излучении света одной длины волны источником, происходит случайное изменение фазы колебаний, это приводит к случайным быстрым изменениям интерференционной картины. Инерционный фоточувствительный прибор при этом не успевает регистрировать её

Когерентность и монохроматичность
Стабильную интерференционную картину можно получить используя когерентные источники
Когерентность источников излучения означает, что колебательные процессы протекают в них согласованно во времени

Когерентность и монохроматичность
Когерентное излучение можно получить двумя способами
От нескольких независимых источников света высокой степени монохроматичности (лазеров)
Выделяя лучи от одного и того же источника
Второй способ получил наибольшее распространение

Методы наблюдения интерференции
Метод Юнга: два интерферирующих луча выделяются с помощью узких отверстий или щелей

Методы наблюдения интерференции
Бипризма Френеля состоит из двух одинаковых призм с малым углом между преломляющими поверхностями, соединённых основаниями

Методы наблюдения интерференции
Зеркала Френеля представляют собой систему из двух зеркал, повёрнутых на малый угол друг относительно друга

Методы наблюдения интерференции
Кольца Ньютона возникают при интерференции лучей, возникших при прохождении воздушного зазора между двумя прозрачными плоскими объектами

Методы наблюдения интерференции
Полосы равной толщины и полосы равного наклона возникают при взаимодействии лучей, проходящих через тонкие пластинки или плёнки

Методы наблюдения интерференции
Зеркало Ллойда. В этом случае наблюдается интерференция прямого луча и луча, отражённого от зеркальной поверхности под углом близким к прямому

Методы наблюдения интерференции
Билинза Бийе. Две половинки линзы, сдвинутых друг относительно друга на небольшое расстояние создают два изображения источника

Использование интерференции
Явление интерференции нашло широкое практическое применение
Создание просветлённых покрытий
Измерение малых расстояний и перемещений
Контроль поверхности
Измерение показателя преломления
Голография

Интерференционные приборы
Интерферометр Жамена состоит из двух толстых плоскопараллельных пластинок. Его недостаток – слабое разведение лучей

Интерференционные приборы
Интерферометр Майкельсона. Луч света разделяется на две части полупрозрачной пластинкой П. Далее оба луча проходят плечи интерферометра и снова сводятся вместе