Интерференция волн оптического диапазона. Когерентность.

Световая волна – это ЭМВ с l = (400 … 760)нм. Трудности наблюдения состоят в том что источниками световых волн являются атомы вещества. Возбужденный атом, переходит в состояние с меньшей энергией и при этом излучает ЭМВ. Процесс перехода длится около t = 10^-8 с, столько же времени длиться излучение. Через некоторое время он может снова возбудится и начать излучать. Такое прерывистое излучение света атомами в виде отдельных кратковременных импульсов – цугов волн хар - но для любого ист. света. Длина цуга l = ct = 3 м. Поскольку цуг имеет конечную длину, атом излучает не одну частоту, а целый спектр частот, ширина которого тем больше, чем меньше длина цуга, т.е. волновой цуг – это несинусоидальная волна. Волны одинаковой частоты, у которых разность фаз постоянна, будут когерентными. Обычные источники света не дают когерентного света. При этом имеются два различных типа отступлений: а) вре­менная некогерентность, обусловленная немонохроматичностью свето­вой волны; б) пространственная некогерентность, вызванная тем, что разные части одного и того же источника излучают некоррелированные колебания.

Однако реальную волну можно приближенно рассматривать в течение промежутка времени, называемого временем когерентности t_ког, как монохроматическую волну. За время когерентности волна рас­пространяется на расстояние l_ког, которое называется длиной коге­рентности или длиной гармонического цуга. Расчеты дают значение t_ког = 10^-8 с и меньше, в зависимости от конкретных условия излу­чения в том или ином источнике; в соответствии с этим длина гар­монического цуга обычно не превышает нескольких десятков санти­метров. Можно показать, что пространственная когерентность опре­деляется – относительным угловым размером источника света (отноше­нием геометрического размера источника к расстоянию от него). По­этому от некогерентного источника можно получить на больших рас­стояниях почти когерентный пучок конечного сечения, но при этом будет использована очень малая часть энергии источника.

27.Способы получения когерентных волн оптического диапазона

 

Особенности наблюдения интерференции света от обычных (нелазерных) источников света обусловлены тем, что испускаемый ими свет никогда не бывает монохроматическим. Такой свет можно рассматри­вать как хаотическую последовательность отдельных цугов синусои­дальных волн. Поэтому для наблюдения интерференции света необхо­димо свет от одного и того же источника разделить на два пучка а затем наложить их друг на друга подходящим способом.

 

1 2

Впервые экспериментальное наблюдение интерференции света было осуществлено Юнгом в начале XIX в. Яркий пучок солнечных лучей ос­вещал экран А с малым отверстием (рис.1). Проведший через от­верстие свет вследствие дифракции образует расходящийся пучок, ко­торый падает на второй экран В с двумя малыми отверстия­ми S₁ и S₂ расположенны­ми близко друг к другу. Эти отверстия действуют как вто­ричные точечные синфазные ис­точники, и исходящие от них волны, перекрываясь, создает интерференционную картину на удаленном экране С.

Трудности наблюдения интерференции света в таком опыте связаны с тем, что длина волны видимого света очень мала. 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 от двух зеркал, плоскости которых наклонены под небольшим углом друг к другу (зеркала Френеля, рис. 2). Источником служила узкая ярко освещенная щель S , параллельная ребру между зеркалами. Отраженные от зеркал пучки падают на экран, и в той области, где они, перекрываются, возникает интерференционная картина. От прямого попадания лучей от источника S экран защищен ширмой. Для расчета интерференционной картины можно считать, что интерферирующие волны испускаются вторичными источниками S₁ и S₂ представляющими собой мнимые изображения щели S в зерка­лах. В другом интерференционном опыте, также предложенном Френелем, для разделения световой волны на две используют призму с углом при вершине, близким к 180° (бипризма Френеля).