8. Контрольные вопросы

1. Сформулируйте основные законы геометрической оптики.

2. Выведите формулу для расчета оптической разности хода при интерференции на тонкой пленке.

3. При каких условиях возможно возникновение интерференционной картины на пластинке?

4. В чем заключается сущность интерференции как физического явления?

5. Выведите формулы для максимумов и минимумов при интерференции на пленке.

Работа 64. Определение длины волны излучения лазера при помощи бипризмы френеля

1. Цель работы

Изучение интерференции света в опыте с бипризмой Френеля. Определение параметров интерференционной картины. Измерение длины волны лазерного излучения.

2. Краткая теория исследуемого явления

Интерференцией света называется явление, возникающее при наложении двух или более волновых процессов и сопровождаю­щееся перераспределением энергии волн в пространстве.

При интерференции световых волн возникает типичная интерференционная картина чередующихся максимумов и минимумов освещенности.

Для наблюдения интерференционной картины в какой-либо области необходимо, чтобы волны, приходящие в каж­дую точку, имели постоянную (не меняющуюся с течением времени) разность фаз, одинаковые частоту и направление колебаний. Волны, удовлетворяющие вышеуказанным условиям, называются когерентными.

Независимые источники света (две лампочки или даже два различных участка одного и того же светящегося тела) не создают когерентных волн, а следовательно, и устойчивой интерференционной картины. Отдельные атомы светящегося источника излучают непрерывно только в течение некоторого конечного промежутка времени (10^-8 с). В один момент излучает одна группа атомов, в последующий момент – дру­гая. Поэтому начальная фаза световых колебаний, испускае­мых одним и тем же источником света, быстро и беспоря­дочно меняется за время наблюдения. При наложении света от таких источников мгновенные интерференционные карти­ны сменяют одна другую настолько часто, что это воспри­нимается глазом как равномерная освещенность.

Когерентные световые волны можно получить путем раз­деления светового потока, исходящего из одной точки (т.е. от группы близлежащих атомов), на несколько потоков по­средством частичного отражения или преломления волн.

Применяя этот прием, заставляют интерферировать две части одной и той же волны, прошедшие различные пути и снова сошедшиеся.

Между частями одной и той же волны возникают некото­рая постоянная во времени разность фаз и соответствую­щая ей оптическая разность хода . Если равна четному числу полуволн или целому числу длин волн, т. е.

, (1)

где k – целое число; – длина световой волны, то интерферирующие вол­ны приходят в точку наблюдения с одинаковыми фазами и уси­ливают друг друга.

В этой точке наблюдается максимум освещенности.

Если равна нечетному числу полуволн:

, (2)

то интерферирующие волны встречаются в противоположных фазах и ослабляют друг друга – в этой точке освещенность минимальна.

3. Измеряемый объект

Измеряемым, точнее, исследуемым объектом является интерференционная картина, созданная при помощи бипризмы Френеля. Бипризма позволяет разделить пучок света на два пучка, которые после прохождения ими различных оптических путей попадает в одну точку. Конструктивно она представляет собой изготовленные из одного куска стекла две симметричные призмы, имеющие общее основание и малый преломляющий угол . Параллельно основанию располагается прямолинейный источник света S. Из законов геометрической оптики следует, что если углы падения лучей на грань призмы невелики и преломляющий угол призмы  мал, то все лучи отклоняются призмой на одинаковый угол, равный

 = (n – 1),

где n – показатель преломления стекла. При этом образуются две цилиндрические когерентные волны, исходящие из мнимых источников S₁ и S₂, лежащих в одной плоскости с источником света S. В области Н – перекрывания лучей от источников S₁ и S₂ – на экране образуется интерференционная картина (рис. 1).

Рис. 1