Учебник - Общий курс физики. Оптика - Сивухин Д.В. (1238764), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Форрестором и его сотрудниками. Источником света служила яркая одиночная зеленая линия ртути Х = 546,1 нм, расщеплявшаяся в магнитном поле (эффект Зеемана). Применялся фотоэлемент с сурьмяно-цезиевым катодом. Положительный результат опыта доказывает„что если и существует запаздывание выхода электронов с поверхности фотокатода по сравнению с попаданием иа нее фотонов, то оно значительно меньше 10 ьт с.
С изобретением лазеров техника эксперимента получила источники света столь высокой степени монохроматичности, что наблюдение интерференционных макснмумон н минимумов от двух неза- % гЛ КЛАССИЧЕСКИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ ОПЫТЫ 199 висимых лазеров с помощью надлежащих приемников света (например, тех же фотоэлементОв) стало сравнительно легко осуществимой экспериментальной работой. й 27. Классические интерференционные опыты 1.
О и ы т Ю н г а. Юнг получал полосы интерференции по способу, описанному им в публичных лекциях 1807 г. Яркий пучок света от Солнца падал на экран с малым отверстием или узкой щелью 5 (рис. 116). Дифрагированный свет шел ко второму экрану с двумя узкими отверстиями или щелями 5, и 5,.
На этих щелях свет также претерпевал дифракцпю, в результате чего получались два перекрывающихся расходящихся пучка света с вершинами в 5, и 5,. Ввиду общности происхождения этн пучки когерентны. На экране в месте перекрытия пучков наблюдались параллельные иптерференцноиные полосы (см. предыдущий параграф, пункт 8), .7 Расстояние между щелями 5, и 5, должно быть велико по сравнению с шириной каждой щели. Удобный способ получения нужных щелей был указан Рэлеем. Стеклянные пластинки покрываются тонким слоем серебра и тем самым становятся непрозрачными. На серебряном слое Рис. 115. одной из пластинок лезвием бритвы проводится одна, а на другой две близко расположенные параллельные линии, которые и используются в качестве щелей.
Оценим по формуле (26.13) ширину Лх интерференционной полосы. Допустим, что расстояние с( между щелями 5, и 5, составляет ! мм, а расстояние от щелей до экрана Р = 1 м. Тогда а = = й~Р = 0,00! рад. Для красною света (Х = 600 нм) получаем Лх = Х!а = 6 10' нм = 0,6 мм. В синем свете ширина полосы будет порядка 0,4 мм. Таким путем впервые Юнг измерил длины световых волн, хотя эти измерения и не могли быть точными. В опыте Юнга из-за дифракции свет распространяется от щелей 5, и 5, в различных направлениях неравномерно.
Влияние этого осложняющего обстоятельства будет выяснено в главе 1У. Задолго до Юнга, в 1666 г., аналогичный опыт был поставлен Гримальди. Однако в опыте Гримальди свет от Солнца падал непосредственно на щели 5, и 5,. дополнительной щели 5 не было. Г(ри такой постановке опыта интерференционные полосы получаться не могли; ввиду значительных угловых размеров Солнца (см. 8 28, пункт 7). 260 !ПНЕРЕЕРШ1Ц!!и СВЕТА !ЕЛ 1!1 При использовании лазеров, генерирующих практически параллельные п1чкн лучей, щель 5 в опыте Юнга не нужна.
2. 3 е р к а л а Ф р е н е л я. В 1816 г. Френель осуществил следу!ощий интерференционный опыт. Свет от узкой ярко освещенной щели 5 (рис. !16) падал на два плоских зеркала СР и СЕ, наклоненных друг к другу под углом, близким к !80'. Щель 5 устанавливалась параллельно линии С пересечения плоскостей зеркал. Прн отражении падающий пучок разделялся на два когерентных пучка, как бы исходивших от прямых 5, и 5„являющихся мнимыми изображениями щели 5 в зеркалах. Прямой свет от источника 5 загораживался непрозрачной ширмой МЛ!. На экран Э Р1!С.
! !6. попадали только отраженные пучки. В области АВ, где пучки перекрывались, наблюдались параллельные интерференпионные полосы. Для расчета ширины интерференционной полосы Лх введем следующие обозначения: СО = а, С5 = д, ~ НСР =- !р. Так как точки 5, 5, и 5, лежат на однон окружности радиуса Ь, то, предполагая угол ср малым, можем написать !( = 5,5, = 2Ьт!т. Угол а„ под которым из точки О видно расстояние 5,5„равен а = = д/(а + Ь) = 2ЬТР/(а + Ь), а потому ЬХ = — = — А.
Х а+Ь и 2Ьр (27. 1) Угол а можно просто измерить по шкале зрительной трубы. Для этого трубу следует поместить в точке О и установить ее на отчетливое видение изображений 5, и 5, щели 5. Тогда можно найти Х по формуле Х а Лх. Ширина области перекрытия АВ = = 2а!р, а потому число полос, которые могут наблюдаться на экране, равно ГтТ= — - а — с Ва!Г 2а1Га 4аа ~В, ах Х Х (а+э) (27.2) 201 кллсснческне нг!теРФеиенцнонные опыты В опыте Френеля интерференционная картина искажается дифракцией на ребре С, вдоль которого пересекаются плоскости зеркал. 3.
Б и п р н з м а Ф р е н е л я. Бипризма Френеля состоит из двух стеклянных призм с малыми преломляюшпмн углами, сложенных своими основаниями (рис. 117). Практически она изготовляется нз целого куска стекла. р!сточникох! света служит ярко освещенная щель 5, устанавливаемая параллельно ребру бнпризмы. После преломления в бипрнзме падаюший пучок света разделяется на два когерентных пучка с вершинами в мнимых изображениях 5, и 5, шелп 5.
В области АВ экрана пучки перекрываются и дают систему параллельных интерференппонпых полос. Пусть р — преломляюший угол бипризмы, и — ее показатель преломления, а и Ь— длины отрезков СО и 5С. Каждая половина бипризмы отклоняет параксиальный луч на угол (и — 1) 8. Расстояние г!между изображениями 5, и 5, равно д = 5,5, = 26 (и — 1) й, а угловое расстояние между ними и = Ю(а + Ь). Ширина полосы Х Л (а+Ь) Лх 2ь( ! (! (27.3) Искажения интерференционной картины, вносимые днфракппей на ребре С бипризмы, более сушественны, чем в опыте с зеркалами Френеля. Однако осуществить опыт с бипризмой значнтелы!о легче.
Рис. 1!7. Рис. 11В. 4. Б и л и н з а Б и й е. Собирательная линза разрезается пополам, и обе половинки ее раздвигаются. Образовавшаяся система называется билинзой. На билинзу направляется свет от щели 5, параллельной плоскости разреза (рис. 118). В 5, и 5, получаются действительные изображения щели 5.
Пучки света, проходяшие через 5, и 5„перекрываются. В местах перекрытия наблюдается интерференция. Если шель 5 поместить между бнлинзой и ее фокальной плоскостью, то изображения 5, и 5, будут мнимыми. В этом случае интерференция невозможна, так как световые пучки не перекрываются.- Чтобы получить интерференцию и при таком Расположении шели 5, надо из центральной части линзы вырезать плоскопараллельный кусок стекла и обе половинки линзы сблизить 202 ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА 1гл.
и1 между собой. Тогда 'пучки будут перекрываться, и интерференция станет возможной. 5. 3 е р к а л о Л л о й д а (1800 — 1881). Свет, исходящий из узкой ярко освещенной щели 51 (рис. 119), отражается от полированной плоской поверхности черного стекла. На участке ЛВ экрана, где перекрываются прямой и отраженный свет, наблюдаются полосы интерференции. 6. Во всех описанных опытах полосы Д~ интерференции можно наблюдать на белом матовом экране. Можно пользоваться также матовым стеклом, наблюдая полосы интерференции на его задней стороне г через лупу или микроскоп малого увелиРас.
119, чени я. Такой объективный способ наблю- дения применял и Френель в первых опытах. Но он заметил, что полосы интерференции не исчезали, а становились более яркими, когда матовое стекло убиралось, Поэтому в дальнейших исследованиях Френель перешел к субъективному методу наблюдения интерференцнонных (и дифракционных) полос, Идея, на которой основан субъективный способ набл1одения полос, весьма проста.
Допустим, что интерференционные полосы получены на задней плоскости П матового стекла. Интенсивность света в какой-либо точке Р плоскости П определяется разностью фаз интерферирующих лучей, приходящих в эту точку. Отобразим теперь с помощью линзы плоскость П на сопряженную плоскость П'. Лучи, вышедшие из точки Р, снова соберутся, теперь в точке Р'. Но так как оптические длины всех лучей между сопряженными точками одинаковы, то ннтерфернрующие лучи придут в точку Р' с той же Раэносл1ыо фж, какой они обладали в точке Р. Поэтому в плоскости П' получится изображение не только плоскости П, но и всей системы ннтерференционных полос на ней.
Линза как бы переносит интерференционную картину с плоскости П на плоскость П'. Так же действует и оптическая система глаза, с помощью которой интерференцнонные полосы получаются на сетчатке. Если пользоваться зрительной трубой, установленной на бесконечность, то таким путем будет наблюдатьса интерференционная картина, 11олучающаяся на бесконечном (т. е. очень далеком) расстоянии от глаза.
7. Интерференционный опыт Поля (р. 1884). Все установки, описанные выше, отличаются малой светосилой, а потому онн мало пригодны для демонстрации интерференции света в большой аудитории. Опыт Поля свободен от этого недостатка. Здесь источник света В (рнс. 120), которым может служить неболь. шая, но достаточно яркая ртутная лампа, помещается перед пластинкой слюды, толщина которой порядка нескольких сотых долей 4 27] кллссичаскиа интагфкгвнционныа опыты аоз миллиметра.
Свет отражается от передней и задней поверхностей пластинки с образованием двух мнимых изображений 5, и 5, источника 5. Прямой свет от источника 5 загораживается ширмой. Получаются два широких когерецтиых пучка света с вершинами в точках 5, и 5,. Падая на экран, потолок или стены аудитории, они дают при интерференции систему светлых и темных колец (см. пункт 6 предыдущего параграфа). Бла- 5 годаря большому количеству света кольца хорошо видны во всей аудитории. Пренмущества метода Поля будут выяснены в э 28.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
