Що таке інтерференція світла?
У кожній точці дві розповсюджуються в просторі хвилі дають геометричну суму своїх коливань. Цей принцип називається суперпозицією хвиль. Зазначений закон дотримується з неймовірною точністю. Однак в окремих випадках він може ігноруватися. Це стосується ситуацій, при яких хвилі поширюються в складних середовищах, коли їх інтенсивність (амплітуда) стає дуже великий. Даний принцип означає, що на деяку кількість електромагнітних хвиль, що поширюються в певному середовищі, саме середовище відгукується абсолютно конкретним чином - вона реагує тільки на одну хвилю, неначе інших поруч немає. Математично це означає, що в будь-якій точці обраної середовища напруженість і індукція електромагнітного поля будуть рівні векторній сумі магнітних індукцій і напруженостей всіх сукупних полів. Внаслідок принципу суперпозиції електромагнітних хвиль виникають такі явища, як дифракція і інтерференція світла. Вони цікаві з фізичної точки зору, крім того, вражають своєю красою.
Що таке інтерференція?
Розглядати дане явище можна тільки з дотриманням спеціальних умов. Інтерференція світла - це утворення смуг ослаблення і посилення, які чергуються один з одним. Одним з важливих умов є накладення електромагнітних хвиль (пучків світла) один на одного, причому їх кількість повинна бути від двох і більше. Стояча хвиля є окремим випадком. Необхідно зауважити, що інтерференція - це суто хвильовий ефект, який можна застосовувати не тільки до світла. У стоячій хвилі, яка і утворюється завдяки накладанню на відображену або падаючу хвилю, спостерігаються максимуми (пучності) і мінімуми (вузли) інтенсивності, які чергуються один з одним.
Основні умови
Інтерференція хвиль обумовлена їх когерентністю. Що означає цей термін? Когерентність - це узгодженість хвиль по фазі. Якщо дві хвилі, які йдуть від різних джерел, накласти один на одного, то їх фази будуть змінюватися безладно. Світлові хвилі є наслідком випромінювання атомів, тому кожна з них - це результат накладення величезної кількості складових.
Мінімуми і максимуми
Для появи «правильних» підсилень і послаблень сумарних хвиль в просторі необхідно, щоб складаються складові в обраній точці один одного гасили. Тобто тривалий час електромагнітні хвилі повинні були б знаходитися в протифазі, щоб різниця фаз постійно залишалася однаковою. Максимум ж з'являється в момент знаходження складових хвиль в одній фазі, тобто коли вони посилюються. Інтерференція світла спостерігається за умови постійної різниці фаз в даній точці. І такі хвилі називаються когерентним.
Природні джерела
Коли можна спостерігати таке явище, як інтерференція світла? Випромінюються електромагнітні хвилі від природних джерел некогерентного, тому що вони безладно створюються різними атомами, зазвичай абсолютно неузгодженими один з одним. Кожна випущена атомом окрема хвиля являє собою відрізок синусоїди, абсолютно когерентний сам з собою. Таким чином, необхідно розділити на два і більше пучків один потік світла, який йде від джерела, а потім накласти отримані один на одного. У цьому випадку ми зможемо спостерігати мінімуми і максимуми такого явища, як інтерференція світла.
Спостереження за накладенням хвиль
Як вже говорилося вище, інтерференція світла - це дуже широке поняття, при якому результат складання світлових пучків по інтенсивністю не дорівнює інтенсивності окремих пучків. В результаті цього явища має місце перерозподіл енергії в просторі - утворюються ті самі мінімуми і максимуми. Саме тому інтерференційна картина - це просто чергування темних і світлих смуг. Якщо використовувати білий світ, то смуги будуть пофарбовані в різні кольори. Але коли в звичайному житті ми зустрічаємо інтерференцію світла? Це відбувається досить часто. До її проявів можна віднести масляні плями на асфальті, мильні бульбашки з їх райдужними переливами, гру світла на поверхні загартованого металу, малюнки на крильцях бабки. Це все інтерференція світла в тонких плівках. Насправді спостерігати цей ефект не так просто, як може здатися. Якщо горять дві абсолютно однакові лампи, то їх інтенсивності складаються. Але чому ж немає ефекту інтерференції? Відповідь на це питання полягає у відсутності у такого накладення найважливішої умови - когерентності хвиль.
Бипризмой Френеля
Для отримання інтерференційної картини візьмемо джерело, який є вузькою освітленій щілиною, встановленої паралельно ребру самої біпризми. Йде від нього хвиля буде роздвоюватися завдяки переломленню в половинах біпризми і доходити до екрану двома різними шляхами, тобто мати різницю ходу. На екрані, в тій його частині, де і відбувається перекриття пучків світла від половин біпризми, з'являються чергуються темні і світлі смуги. Різниця ходу обмежена за деякими міркувань. У кожному акті випромінювання атом випускає так званий хвильовий цуг (системи електромагнітних хвиль), який поширюється в просторі і часі, зберігаючи свою синусоидальность. Тривалість цього цуга обмежується загасанням власних коливань частинки (електрона) в атомі і зіткнень даного атома з іншими. Якщо пропускати через бипризмой білий світ, то можна побачити кольорову інтерференцію, як це було і з тонкими плівками. Якщо ж світло монохроматичне (від дугового розряду в якому-небудь газі), то інтерференційна картинка буде являти собою просто світлі і темні смуги. Це означає, що довжини хвиль у різних кольорів різні, тобто світло різного кольору і характеризується різницею довжин хвиль.
Отримання накладених хвиль
Ідеальне джерело світла - це лазер (генератор квантів), який є за своєю природою когерентним джерелом вимушених випромінювань. Довжина когерентного лазерного цуга може досягати тисяч кілометрів. Саме завдяки генераторам квантів вчені створили цілу область сучасної оптики, яку і назвали когерентної. Цей розділ фізики є неймовірно перспективним в плані технічних і теоретичних досягнень.
Області застосування ефекту
У широкому розумінні поняття «інтерференція світла» - це модуляція в просторі потоку енергії і його стану випромінювання (поляризації) в області перетину кількох електромагнітних хвиль (двох і більше). Але де використовують такий ефект? Застосування інтерференції світла можливо в самих різних областях технологій та промисловості. Наприклад, це явище використовують для того, щоб здійснювати прецизійний контроль поверхонь оброблених виробів, а також механічних і теплових напружень в деталях, вимірювати обсяги різних об'єктів. Також інтерференція світла знайшла застосування в мікроскопії, в спектроскопії інфрачервоного та оптичного випромінювання. Це явище лежить в основі сучасної тривимірної голографії, активної спектроскопії комбінаційного розсіювання. В основному інтерференцію, як видно з прикладів, використовують для високоточних вимірювань і обчислення показників заломлення в різних середовищах.
