ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Интерференция света от протяженного источника Пространственная когерентность из "Волновая оптика " Если измерять потоки электромагнитной энергии (в случае световых волн измеряется поток световой энергии или освещенность какой-либо поверхности), то надо учесть инерционность измерительной аппаратуры, которая обычно довольно велика. Во всяком случае, весьма трудно осуществить безынерционное измерение процессов, имеющих длительность того же порядка, что и время пребывания атома в возбужденном состоянии, хотя в современной физике для этих целей используют приборы, в миллион раз менее инерционные, чем человеческий глаз (инерционность зрительного восприятия человека обычно оценивается по порядку величины в 0,1 с). [c.176] В случае 1 суммарная освещенность равна сумме освещенностей, создаваемых каждым источником света (интерференция отсутствует). В случае 2 суммарная освещенность не равна сумме освещенностей (имеет место интерференция). [c.176] Неравенство EiE2 О служит необходимым условием возникновения интерференции. Здесь следует отметить, что нарушение аддитивности энергетических характеристик связано, конечно, не с нарушением закона сохранения энергии, а с перераспределением потока энергии в пространстве . [c.177] Мы хотим предостеречь читателя от неправильных определений интерференции, в частности от формулировки взаимодействие двух пучков . Хорошо известно, что такое взаимодействие (без участия среды) пренебрежимо мало и никакого отношения к пространственному перераспределению светового потока не имеет. [c.177] Очевидно, что два гармонических колебания одной частоты всегда когерентны. Гармонические колебания порождают монохроматические волны., способные интерферировать. Равенство частот интерферирующих волн ( i = Ы2) и неперпендикулярность векторов El и Е2 служат дополнительными требованиями, превращающими необходимое условие (5. 5) в достаточное. Правда, следует учитывать, что при oj (02 (точнее, при oi — Ш2 = 5 а, где Soi Ш1, и лю Юг) все же может наблюдаться нестационарная интерференционная картина (биения). Вопрос об интерференции неполяризованных колебаний подробно исследован в 5.4. [c.178] Следовательно, не исключается возможность наблюдения интерференции от двух источников света, но требуется, чтобы фазы излучаемых ими волн были скоррелированы [т.е. соблюдено условие (5.5)]. Излучение лазера наиболее близко к монохроматической волне, и во многих случаях можно считать разность фаз двух лазерных волн практически постоянной. Поэтому обычно наиболее простым оказывается наблюдение интерференции света при использовании лазерного излучения. [c.178] При описании интерференционных явлений часто используют понятия временной и пространственной когерентности. Временную когерентность обычно связывают со степенью монохроматичности исследуемых колебаний, а степенью пространственной когерентности характеризуют геометрию экспериментов. В дальнейшем (см. 5.3) понятие пространственной когерентности подробно обсуждается при рассмотрении наложения интерференционных картин от многих элементарных источников, образующих протяженный источник света. [c.179] Необходимое условие возникновения интерференции (неравенство нулю интерференционного члена) можно сформулировать в рамках других, весьма общих представлений. [c.179] Степень когерентности у(ДО можно вычислить для различных конкретных задач и, таким образом, оценить предполагаемое качество (видимость) интерференционной картины . Можно поступить и иначе — оценить у(Д ) из характера получаемой на опыте интерференционной картины. [c.180] Если волны El и Ег создаются двумя совершенно независимыми источниками, то степень когерентности равна нулю и интенсивность в точке Р равна сумме интенсивностей. В другом предельном случае — при интерференции двух монохроматических волн — степень когерентности порождающих их гармонических колебаний равна единице. [c.180] Отложим пока исследование физических причин случайного изменения фаз колебаний за время наблюдения и рассмотрим схему явления, по-прежнему пользуясь синусоида.пьной идеализацией (что полностью соответствует условиям распространения монохроматических волн). Результаты такого исследования послужат своеобразным тестом. Мы получим возможность сравнивать с ними более сложные явления, наблюдаемые при суперпозиции произвольных электромагнитных волн, и оценивать, в какой степени они соответствуют нашей идеализованной схеме. [c.180] Для простоты будем считать, что источники Si и S2 испускают волны, имеющие в точке Р одинаковые амплитуды Eq такое предположение вполне законно, так как расстояние D значительно больше 21. Все колебания направлены одинаково, поэтому можно считать нашу задачу скалярной. [c.181] Здесь т, называемое порядком интерференции, принимает значения О, 1, 2,. .. Условие возникновения экстремумов интенсивности можно сформулировать в другой общеизвестной форме, исключив k -= 2лД. [c.181] Условие максимума А = тл = 2тХ/2, т.е. разность хода А равна четному числу полуволн. [c.181] Условие минимума А = (2т f 1)л/2, т.е. разность хода А равна нечетному числу полуволн. [c.181] Дф = О и будет наблюдаться максимальная интенсивность. Именно так, кстати говоря, работает собирающая линза, которая не вносит дополнительной разности хода в лучи, образующие изображение. Однако понять фокусирующее действие линзы с позиций волновой оптики не просто. Для этого надо учесть интерференцию вюричных волн, что делается при изучении явления дифракции (см. гл. 6). [c.182] Вместе с тем стационарная картина интерференции пучков света, прошедшего через две щели (без всякого дополнительного устройства), легко наблюдается при освещении их излучением лазера. Этот опыт доказывает, что в данном случае допустима синусоидальная идеализация, принятая в проведенном выше расчете, и лазер представляет собой источник пространственно когерентного света, эквивалентного точечному источнику света с концентрацией потока энергии вдоль оси резонатора (гауссов пучок см. рис. 1.7). [c.183] При постановке этого опыта можно использовать неон-гелиевый лазер, генерирующий на длине волны 0,63 мкм (красная область спектра). На металлическом слое зеркала, нанесенном на прозрачную подложку, делают два почти параллельн - штриха (расстояние между ними равно примерно 0,3 мм). Вводя эти две щели в лазерный пучок и перемещая их на небольшие расстояния в плоскости, перпендикулярной лучу, легко добиться оптимальных условий наблюдения интерференционной картины. Никакая фокусирующая оптика в таком эксперименте не нужна. Лазер располагают в 5—6 м от экрана. Для увеличения масштаба интерференционной картины выбирают направление светового луча так, чтобы он составлял некоторый угол с поверхностью экрана (рис. 5.4). При таких условиях ширина инте1 ферен-ционной полосы равна примерно 1 см, а освещенность и контрастность интерференционной картины вполне достаточны для ее наблюдения на расстоянии 15—20 м. [c.183] Возвращаясь к обычным (не лазерным) источникам света, следует указать, что введение дополнительной щели, обеспечивающей когерентное освещение двух основных щелей, резко уменьшает используемый световой поток, что затрудняет (х у-1цествление этого очень важного опыта. [c.183] Вернуться к основной статье