Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Дело здесь обстоит так же, как и в рассмотренном выше случае интерференции световьгх пучков равной интенсивности, в состав которых входит доля некогерентного света. В ~ 13 было показано, что видимость интерференщюнной картины Г равна доле когерентного света ~, входящей в состав интерферирующих световых пучков (см. (13.6)). Таким образом, оказывается, что интерференционный опыт, поставленный по схеме Юнга, может позволить выяснить, насколько когерентны между собой колебания в сечении светового пучка, достигающего щелей Я и Я2. Варьируя расстояние между щелями 51 и Яг и одновременно измеряя видимость интерференционной картины на расположенном за ними экране, можно «обследовать» когерентность колебаний на всей площади сечения светового пучка, освещающего экран со щелями.
Для количественной характеристики результатов такого обследования в сечении светового пучка, перпендикулярном к направлению его распространения, вводится понятие пространственной когерентности. Количественные результаты определения видимости интерференционной картины в схеме Юнга в зависимости от расстояния между щелями 51 и Яг позволят определить пространственную когерентность вдоль одного из диаметров поперечного сечения освещающего их светового пучка. Производя подобные же измерения при другой ориентации щелей 51 и Я> и раздвигая их вдоль другого диаметра светового пучка, можно выяснить пространственную когерентность вдоль другого диаметра пучка и т.д.
Если применяемый световой пучок излучается точечным источником света., то пространственная когерентность по всему сечению светового пучка окажется одинаковой и равной единице, что соответ- ГЛ. 1Ъ'. КОГЕРИНТНОСТЬ ствует максимальной видимости интерференционной картины, конечно, при условии использования монохроматического света, Если световой пучок излучается протяженным светящимся телом, например диском, расположенным симметрично относительно щелей Ь1 и Ья, то нетрудно предсказать качественный результат обследования пространственной когерентности по сечению этого светового пучка. Очевидно, что пространственная когерентность будет максимальна вблизи центра сечения пучка.
Кроме того,по мере удаления диска от плоскости экрана со щелями 51 и 5. пространственная когерентность светового пучка будет возрастать. В рамках изложенных представлений и при использовании понятия пространственной когерентности роль входной щели Я в традиционной постановке интерференционного опыта Юнга состоит в следующем. В отсутствие такой щели или при слишком большой ее ширине не обеспечивается пространственная когерентность световых пучков, освещающих птели 51 и Я„, что ведет к обращению в нуль видимости интерференционной картины.
Проведенные рассуждения, основанные на понятии частичной когерентности световых волн, проходящих через щели 51, 52, объясняют, разумеется, те же явления, о которых шла речь в начале параграфа, — уменыпение видимости интерференционных полос при увеличении угловых размеров источника света. Различие состоит лишь в способе рассуждений. В начале параграфа находилась интерферепционная картина., обусловленная светом. испускаемым малым элементом протяженного источника света, и суммировались интенсивности в интерференционных картинах, вызванных светом от разных участков этого источника; уменьшение видимости полос в результирующей картине возникало при этом способе анализа как следствие различного положения пОлОс для разных участков истОчника.
ВО втором пОдходе. предварительно рассматриваются световые колебания, происходящие в щелях 51, 5 и обусловленные излучением всего протяженного источника света. Эти колебания оказываются не полностью когерентными, и уменьшение видимости полос интерпретируются как проявление этой частичной когерентности колебаний в Я1, Яь Из сказанного ясно, что исходной причиной уменьшения видимости интерференционных полос служит конечный угловой размер источника света, и два сравниваемых способа рассуждений отличаются лишь тем, на каком этапе производится суммирование действий различных участков источника: в первом способе это суммирование проводится на последнем этапе, т.е. в интерференционной картине, а во втором способе — на промежуточном этапе, в п,лоскости, где расположены щели 51, Я~. Одна из особенностей лазерных источников света заключается в высокой пространственной когерентности световых колебаний в сечении излучаемых ими световых пучков.
Как мы увидим ниже, опыт Юнга с лазерным пучком света можно осуществить без входной щели в интерференционной схеме. Оказывается, что при специальном режиме работы лазера щели 51 и Я~ можно раздвинуть до краев сечения лазерного пучка без снижения видимости интерференционной картины, но, разумеется, с уменьшением ее пространственного периода. 80 ИП'ГЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕ"ГА й 18. Роль поляризации при интерференции поперечных волн Как было указано в 8 13, мы предполагали, что оба, интерферирующих колебания имеют одно и тоже направление. В том случае, когда. мы имеем дело с продольными волнами (например. звуковые волны в воздухе), при совпадении направлений распространения волн совпадают и направления колебаний.
В том же случае, когда волны иоперечны ~например, световые волны), возможно, что при совпадении направлений распространения двух волн направления колебаний в них не совпадают. Действительно, в поперечной волне возможно колебание по любому направлению, перпендикулярному к направлению распространения волны. Поперечность световых волн можно принять во внимание, если возмущения, которые фигурировали в предыдущем рассмотрении, представить в виде векторов в1, яа, перпендикулярных к направлению распространения интерферирующих волн.
Результирующее возмущение в в точке наблюдения запишется как Я=в~ +Ба> и тогда для интенсивности в точке наблюдения получим 2 2 я 1 сю в = в, + в, + 2я1я~. Интерференционные явления описываются, очевидно, членом 2я1вя в этом соотношении. Для осуществления интерференции поляризованных световых колебаний необходимо, следовательно, обеспечить встречу двух световых лучей, в которых направления колебаний в1 и я~ должны быть не перпендикулярными. Если же я1 и я2 взаимно перпендикулярны, то интерференция не наблюдается и область перекрытия световых пучков освещена равномерно.
Максимальное значение видимости полос достигается в том сяучае, когда интерферирующие волны поляризованы одинаково, т.е. я1 и яа параллельны. Таким образом, интерференция поляризованных световых волн зависит не только от их амплитуд и фаз, но и от состояния поляризации. Наблюдение интерференции в естественном свете„для которого имеют место поперечные колебания всех направлений, также возможно, и, как правило, на опыте реализуется интерференция именно когерентных пучков естественного света. Для выяснения этого вопроса каждый из интерферирующих пучков естественного света представим в виде суперпозиции двух волн, ортогонально поляризованньгх и не связанных друг с другом никакими определенными фазовыми соотношениями.
Условие когерентности пучков означает, что одинаково поляризованные волны имеют равные начальные фазы. Поэтому при наложении двух когерентных пучков естественного света формируются две независимые, но пространственно совпадающие интерференционные картины, отвечающие двум парам одинаково поляризованных волн. Мы можем прийти к только что полученному выводу и с помощью элементарных соображений о процессе испускания света атомами среды, аналогичных изложенным в 8 14. Свет, посылаемый каким-либо 81 Гл.
1ъ'. КОГенин'гнОсть атомом, представляет собой поляризованный свет, однако излучение разных атомов поляризовано по-разному. Поэтому наблюдаемое нами излучение очень большого числа атомов содержит в себе колебания со всеми возможными направлениями, т.е. является естественным светом. Кроме того, каждый атом, начав испускать свет, прекращает это действие через короткий промежуток времени и вновь начинает испускать свет уже с новым направлением колебаний и с новой начальной фазой. Однако прием Френеля, состоящий в расчленении одной волны на две, и здесь приходит на помощь.
В интерференционных опытах мы заставляем встретиться волны, посланные почти одновременно одним и тем же атомом, т.е. сохраняющие одну и ту же начальную фазу и одно и то же направление колебаний. Таким образом, оказывается возможным наблюдение интерференции в естественном свете, представляющем смесь различно ориентированных поляризованных волн, ибо интерференция происходит между частями одной и той же поляризованной волны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
