Вопрос 4

Интерференция света. Условия минимума и максимума при интерференции.

Интерференцией называется явление перераспределения энергии в пространстве при сложении когерентных волн.

Складываемые волны

В случае случайного изменения разности фаз среднее значение интерференционного члена равно 0. Поскольку интенсивность волны прямо пропорциональна её амплитуде, то результирующая интенсивность равна сумме интенсивностей отдельных волн.

Когерентные источники – источники, дающие волны одинаковой частоты с постоянной разностью фаз и одинаковым направлением поляризации.

Условия максимума и минимума:

Вопрос 5

Интерференция от двух источников. Основные интерференционные схемы.

Источники света находятся на расстояние друг от друга, и на расстояниеот экрана, причем.

Интерференцию наблюдается в точке, лежащей на экране на расстоянии от первого источника и- от второго.

- расстояние от центра интерференционной картины до наблюдаемой точки.

Основные интерференционные схемы:

1)Метод Юнга

Источником света служит ярко освещенная щель, от которой световая волна падает на две узкие равноудаленные щели, параллельные первой.

Они играют роль двух когерентных источников. Интерференционная картина наблюдается на экране, расположенном на некотором расстояние параллельно двум щелям.

2)Зеркала Френеля

Свет от источника падает расходящимся пучком на два плоских зеркала, расположенных относительно друг друга под углом, лишь немного отличающимся от 180°. Световые пучки, отразившиеся от обоих зеркал, можно считать когерентными и будет наблюдаться интерференционная картина в области их взаимного перекрывания.

3)Бипризма Френеля

Она состоит из двух одинаковых, сложенных основаниями призм с малыми преломляющими углами. Свет от источника преломляется в обоих призмах, в результате чего за бипризмой распространяются световые лучи, являющиеся когерентными. В области экрана происходит их наложение и наблюдается интерференция.

Вопрос 6.Интерференция в тонких пленках. Кольца Ньютона.

Интерференция в тонких пленках:

Пусть из воздуха свет падает под углом на поверхность пластины с показателем преломленияи толщиной. Оптическая разность хода 1-го и 2-го лучей равна:

, гдеи.

Т.к. , то

Также при отражении от оптически более плотной среды фаза волны меняется на . Отсюда следует, что

Вопрос 7

.Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля и Фраунгофера. Метод зон Френеля. Дифракция на круглом отверстии и диске.

Дифракция – огибание светом препятствия, проникновение света в область геометрической тени.

Принцип Гюйгенса — Френеля: Каждый элемент волнового фронта можно рассматривать как центр вторичного возмущения, порождающего вторичные сферические волны, а результирующее световое поле в каждой точке пространства будет определяться интерференцией этих волн.

Дифракция Френеля:

На рисунке изображён непрозрачный экран с круглым отверстием, на некотором расстоянии от которого расположен источник света. Изображение фиксируется на другом экране справа. Вследствие дифракции свет, проходящий через отверстие, расходится. Поэтому область, которая была затенена по законам геометрической оптики, будет частично освещённой. В области, которая при прямолинейном распространении света была бы освещённой, наблюдаются колебания интенсивности освещения в виде концентрических колец.

Дифракция Фраунгофера:

Случай дифракции, при котором дифракционная картина наблюдается на значительном расстоянии от отверстия или преграды. Иными словами, дифракция Фраунгофера наблюдается тогда, когда число зон Френеля , при этом приходящие в точку волны являются практически плоскими. При наблюдении данного вида дифракции изображение объекта не искажается и меняет только размер и положение в пространстве. В противоположность этому, при дифракции Френеля изображение меняет также свою форму и существенно искажается.

Метод зон Френеля:

Зоны Френеля - участки, на которые можно разбить поверхность световой волны для вычисления результатов дифракции света.

Суть метода такова. Пусть от светящейся точки распространяется сферическая волна и требуется определить характеристики волнового процесса, вызванного ею в точке. Разделим поверхность волнына кольцевые зоны. Для этого проведём из точкисферы радиусами,,,(— точка пересечения поверхности волны с линией). Кольцеобразные участки поверхности волны, «вырезаемые» из неё этими сферами, и называется зонами Френеля. Волновой процесс в точкеможно рассматривать как результат сложения колебаний, вызываемых в этой точке каждой зоной Френеля в отдельности.

Дифракция Френеля на круглом отверстии:

Сферическая волна, распространяющаяся из точечного источника , встречает на своем пути экран с круглым отверстием. Дифракционная картина наблюдается на экранев точке. Разобьем часть волновой поверхностина зоны Френеля. Вид дифракционной картины будет зависеть от количества зон Френеля, укладывающихся в отверстии. Амплитуда результирующего колебания в точкеравна:(плюс для нечетных, минус – для четных). Дифракционная картина от круглого отверстия вблизи точкибудет иметь вид чередующихся светлых и темных колец.

Дифракция Френеля на диске:

Сферическая волна, распространяющаяся из точечного источника , встречает на своем пути диск. Дифракционная картина наблюдается на экранев точке. Пусть диск закрываетпервых зон Френеля. Тогда амплитуда результирующего колебания в точкеравна:. Т.к. слагаемое в скобках равно 0, то. Следовательно, в точкевсегда будет светлое пятно, окруженное концентрическими светлыми и темными кольцами, а интенсивность убывает с расстоянием от центров картины.