Контрольные вопросы

1. В чем заключается явление интерференции света, и каковы условия ее наблюдения?

2. Какие световые волны называются когерентными?

3. Что называется оптической длиной пути?

4. Что называется оптической разностью хода лучей? Из чего она складывается?

5. Сформулируйте условие наблюдения максимума интенсивности при интерференции двух лучей.

6. Сформулируйте условие наблюдения минимума интенсивности при интерференции двух лучей.

7. Выведите формулу зависимости радиусов темных и светлых колец Ньютона от длины волны падающего света и радиуса кривизны используемой линзы .

8. Нарисуйте схему установки для наблюдения колец Ньютона в отраженном свете.

9. Объясните разницу между картинками колец Ньютона наблюдаемыми в отраженном и проходящем свете.

10. Какое соотношение между абсолютными показателями преломления линзы, пластинки и среды, заполняющей прослойку между ними, должно быть, чтобы центральное пятно стало светлым?

Лабораторная работа № 3.2 Дифракция Френеля

Цель работы:

Изучить явление дифракции света. Определить количество зон Френеля, отвечающих условиям наблюдения светлых и темных центральных пятен при дифракции на круглом отверстии. Наблюдать вид дифракционной картины при дифракции на круглом диске, на прямоугольных диафрагмах и экранах.

Оборудование:

Лабораторная установка для наблюдения явления дифракции.

Теоретическое введение

Дифракция света – это совокупность явлений, которые обусловлены волновой природой света и наблюдаются при его распространении в среде с резко выраженными неоднородностями (например, малые отверстия, границы непрозрачных тел и т. д.).

В более узком смысле под дифракцией понимают огибание светом малых препятствий – явление отклонения света от прямолинейного распространения при прохождении вблизи препятствий (нарушение законов геометрической оптики).

Свет при определенных условиях (линейные размеры препятствий сравнимы с длиной волны или несколько больше ее) может заходить в область геометрической тени.

Дифракция – явление общее для всех волновых процессов.

Количественную теорию дифракционных явлений развил французский ученый Френель. В основу своей теории Френель положил принцип Гюйгенса, дополнив его идеей об интерференции вторичных волн.

Принцип Гюйгенса – каждая точка, до которой доходит волна, служит источником вторичных волн, а огибающая этих волн дает положение волнового фронта в следующий момент времени.

Вспомним, что волновой фронт – это геометрическое место точек, до которых доходит колебание в некоторый момент времени, а волновая поверхность – это геометрическое место точек, для которых колебания имеют одинаковые фазы.

Р ассмотрим плоскую волну, падающую на отверстие в непрозрачном экране (рис.1). Принцип Гюйгенса позволяет рассматривать каждую точку отверстия как источник вторичной волны (для изотропной среды эти вторичные волны сферические). Из рисунка видно, что огибающая вторичных волн заходит в область геометрической тени, демонстрируя явление дифракции.

Принцип Гюйгенса позволяет говорить лишь о направлении распространения вторичной волны и не затрагивает вопрос об амплитуде распространяющихся за преградой световых волн. Представление о том, что каждая точка волнового фронта является источником вторичных волн, было дополнено Френелем идеей интерференции вторичных волн.

Согласно принципу Гюйгенса – Френеля источники вторичных волн когерентны между собой, а испускаемые ими волны интерферируют.

Таким образом, при анализе распространения волн необходимо принять во внимание их фазу и амплитуду, что позволяет рассматривать вопрос об интенсивности света. Расчет интерференции вторичных волн сводится к интегрированию, которое часто бывает затруднительным.

Однако во многих практически важных случаях можно приближенно рассчитать дифракционную картину с помощью метода зон Френеля.