Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 16
Текст из файла (страница 16)
В первом случае максимумы освегценности в интерференционной картине чередуются с областями, в которых освещенность падает до нуля, во втором случае интерференционная картина накладывается па равномерно освещенный фон. Его освещенность пропорпиональна ~ел~ч~не (а1 — а2) (ср. (13.3)). Возможность наблюдения чередующегося распределения светлых и темных полос в интерференционном поле существенно зависит от освещенности этого фона. Поэтому для оценки видимости, или контрастности, интерференционной картины в некоторой точке интерференционного поля Майкельсон ввел параметр видимости 1'.
определяемый следующим образом: ~п~пах Жшп Бэппах + 1~ты где Е„ш„и Е,„;„— ма~с~мал~на~ и минимальная освещенности интерференционпых полос вблизи выбранной точки поля. Параметр Г может изменяться в пределах от 1 до О. Первое его значение соответствует наиболее контрастной интерференционной картине, второе— полному ее исчезновению. Для того чтобы человеческий глаз мог уверенно различать чередование светлых и темных полос на интерференционной картине, значение Г должно быть не менее 0,1 или Е,„;„и 0,82Е ~,.
В рассмотренном нами элементарном примере значение параметра Г определяется только соотношением между амплитудами иптерферирующих волн 2а1аг 2а2/а1 аг+ а2 1+ (а /а )2 ГЛ. 1Ъ'. КОГЕРЕ1Г1'НОС'1'Ь Однако значение 1' может зависеть и от различия в состояниях поляризации интерферирующих волн, и от наличия некогерентного света в составе интерферирующих световых пучков и т.д. Вопрос о влиянии состояния поляризации интерферируюгцих волн па значения параметра видимости интерференционной картины обсуждается подробнее в 318. Часто встречаются случаи, когда осуществляется интерференция световых пучков, в состав которых входит некогерентный свет.
В месте наложения таких световых пучков некогерентные части световых колебаний, по самому своему определению, создают равномерно освещеш1ый фоп, и это ведет к снижению видимости (контрастности) интерференционной картины. Рассмотрим случай интерференции двух таких пучков одинаковой суммарной интенсивности, в состав которых входит доля когерентного света ~. Тогда интенсивность каждого светового пучка можно записать в виде Х» — — 'уХ1 + (1 — ~')Х1. Здесь первое слагаемое в правой части выражает интенсивность когерентного света, входя1цего в состав этих пучков, второе — интенсивность некогерентного света. Переменную составляющую освещенности интерференционной картины создает только когерентная часть колебаний, и поэтому вместо (13.3) получим Хж 2Х1 (1+.~сов(2тш)) = 2Х1 (1 — у+ 2усоэ ~гти1.
(13.5) В соответствии со сказанным ранее, некогерентная часть света (1 — у) создает равномерно освещенный фоп, аналогично тому, как было в случае полностью когерентных пучков при разных их амплитудах (ср. (13.3)). Видимость интерференционной картины, согласно (13.5), принимает значение 1' = " '" = у. (13.6) Таким образом, параметр видимости интерференционной картины оказывается непосредственно равным доле когерентного света, присутствующего в интерферирующих световых пучках. Следовательно, измерение видимости картины позволяет в таких случаях определить долю интенсивности когерентных составляющих этих световых пучков. В более общем виде вопрос о частично когерентпом свете специально рассматривается в 3 22.
'й 14. Осуществление когерентных волн в оптике Опыт показывает, что когда два независимых источника света, например две свечи, или даже два различных участка одного и того же светящегося тела посылают световые волны в одну область пространства, то мы не наблюдаем интерференции и констатируем сложение интенсивностей. После изложенного в предыдущих параграфах мы не можем, конечно, считать результаты такого опыта доказательством несостоятельности волновых представлений о свете.
Отсутствие устойчивой (наблюдаемой) интерференционной картины может обозначать только, что наши источники не посылают когерептных волн. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА Это означает, следовательно, что посылаемые источниками волны— немонохроматические (см. ~ 12). То обстоятельство, что даже с наилучшими в смысле монохроматичности источниками (свечение разреженных газов) мы пе можем получить интерференции от независимых источников, есть доказательство того, что ни один источник не излучает строго монохроматического света.
Сказанное относится ко всем нелазерным источникам света. Однако высокая монохроматичность лазерного излучения допускает наблюдение интерференции световых пучков, излучаемых двул«л — в- мм Рис. 4.2. Интерференционная картина, полученная с двумя световыми пучками от двух разных лазеров разными лазерами. На рис. 4.2 приведена микрофотограмма интерференционной картины, созданной, лазерными пучками от двух разных лазеров; отчетливо видно периодическое распределение максимумов и минимумов интенсивности света.
Нетрудно понять физическую причину немонохроматичности реального нелазерного излучения, а следовательно, и некогерентности волн, испускаемых двумя независимыми источниками света. Действительно, испускание света происходит вследствие атомных процессов, и в двух самостоятельных источниках света мы будем иметь дело с излучением атомов, не связанных друг с другом. В каждом из таких атомов процесс излучения длится очень короткое время, обрываясь вследствие потери энергии в результате излучения или помех и взаимодействий с окружаюгцими атомами.
Даже в наиболее благоприятных случаях, когда мешающее действие окружающих атомов сведено к минимуму (свечение сильно разреженных газов), длительность «правильного» излучения не превышает стомиллионных долей секунды. После прекращения свечения атом может вновь начать испускать световые волны, но, конечно, уже с новой начальной фазой. Поэтому разность фаз между излучениями двух таких независимых атомов будет изменяться при начале всякого нового акта испускания, т.е. через чрезвычайно короткие промежутки времени: такие источники излучают некогерентные волны, и мгновенные интерференционные картины, ими даваемые, сменяются настолько быстро и беспорядочно, что мы можем наблюдать только среднюю картину, т.е. равномерное распределение освещенности.
Итак, для получения двух когерентных волн излучение различных независимых атомов непригодно. Френель (1816 г.) показал, однако, гл.~ч. когвгннтнооть что можно достигнуть цели, использовав излучение лишь одного атома (или тесно расположенной группы) ') для получения двух систем волн, которые, конечно, вследствие общности происхождения будут когерентными. Для этого необходимо испускаемое излучение расчленить на два потока (путем отражения или преломления) и заставить их встретиться после того, как они пройдут различные пути И1 и Иг. Таким путем мы заставим встретиться волны, вышедшие из одного и то- Яг 51 го же источника (атома), но в разное время и притом с таким малым за- И позданием однои относительно дру- 'Ф „1 а"а о~ л1 гой что когерентпость будет иметь 2а~ ~', и 12а о ! место (обе группы волн принадлежат к одному акту испускания атома).
! Френель практически осуще- ! 1О! ~р ~. ствил этот прием, заставив свет , р,О Вг ! от источника отражаться от двух зеркал, расположенных под углом, 11' 2а близким к 180' (бизеркала Френеля). Путь лучей показан на рис. 4.3. Прямые лучи от Я не доходят до 2а экрана ЛЛ, ибо их задерживает К к ширма К Х~. От каждого атома источника Я к экрану АЛ приходят волны, идущие по двум путям разной длины и поэтому запаздывающие одна относительно другой. Волны, идущие от Я и отражающиеся зеркалами 1 и П, представляют 4 две системы когерентпых волн, как бы исходящих из источников и ~г, являющихся мнимыми р Рис.
4.3. Бизеркала Френеля изображениями Я в зеркалах 1 и П. В различные точки экрана АА эти волны приходят с некоторой разностью фаз, определяемой различием в длине пути от Я1 и Яг до соответствующей точки экрана,. Поэтому освещенность экрана в разных точках различна, как это условно показано на рис. 4.3. я 15. Основные характеристики интерференционных схем Не только в описанном опыте, по и во многих других интерференционных схемах дело сводится к получению двух источников когерентных волн с помощью приспособлений, дающих два изображения ы ) Если два светящихся атома находятся очень близко (на расстоянии, малом по сравнению с длиной волны) друг от друга, то они не являются независимыми: излучение одного может воздействовать на другой, и их излучение в известной степени может оказаться когерентным, но в таком случае атомы практически совпадают по своему положению.
3 Г.С. Ландсберс ИЦТЕРФИРКНЦИЯ СВН"ГА единого излучающего центра. Мы рассмотрим подробнее одну схему, на которой очень отчетливо выступают все наиболее существенные детали. Эта схема, известная под названием былинны Бийе, осуществляется с помощью линзы, разрезанной по диаметру; обе половины слегка разводятся, благодаря чему получаются два действительных изображения Я1 и Я2 светящейся точки Я.
Прорезь между полулинзами закрывается экраном К'1) ~рис. 4.4). Рис. 4.4. Билинза Бийе: ЛВ1ЯЯ1 = ЛВеЯеЯ = 2у — апертура перекрывающихся пучков для бесконечно удаленного экрана, ВАРЯГ = 2ы -- апертура интерференции для центральной точки М экрана ЕЕ Интерференция наблюдается в области, где перекрываются оба световых потока, идущих от Я1 и Я .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
