1612045808-897604033167dc1177d2605a042c8fec (533738), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Прошедший через отверстие свет вследствие дифракции образует расходящийся пучок, который падает на второй экран В с двумя малыми отверстиями 5, и 5з, расположенными близко друг к другу на равных расстояниях от 5. Эти отверстия действуют как вторичные точечныеа синфазные источники, и исходящие от них волны, перекрываясь, создают интерференционную картину, наблюдаемую на удаленном экране С. Положение светлых и темных полос в ней можно находить пользуясь монохроматической идеализацией.
Расстояние Лх между соседними полосами, как было показано в $5.1, равно?с!/д. Трудности наблюдения интерференции света в таком опыте связаны с тем, что длина волны видимого света очень мала. При Л=5.!О з см и расстоянии г! между отверстиями 5, и 5з, равном всего 0,5 мм, гннрина ннтерференционных полое составляет только 1 мм при удалении экрана С на 1 м от отверстий.
Измеряя ширину интерференционных полос, Юнг в 1802 г. впервые определил длины световых волн для разных цветов, хотя эти измерения и не были точными. Введение дополнительного отверстия 5 (оно необходимо для когерентного возбуждения источников 5, и 5з, см. $8.5) резко уменьшает световой поток, что также затрудняет осуществление этого опыта.
Интенсивность наблюдаемой в опыте Юнга интерференционной картины можно заметно увеличить, если вместо точечных отверстий 5, 5, и 5, в экранах применить узкие длинные параллельные между собой щели. Вид полос вблизи центра интерференционного поля будет при этом таким же, как и при использовании точечных отверстий. Поясним это.
Если точечное отверстие 5 перемещать перпендикулярно плоскости чертежа на рис. 8.4, то интер- * Чтобы отверстия 5< н зт пропускали достаточно света для возможности наблюдения интерференпионных полос, они должны иметь конечные размеры. Такие источники создают направленное излучение, а не простые сферические волны (см.
4 6.3>. Влияние конечных размеров отверстия 3 обсуждаетсн в $ б.б. ференцнонные полосы на экране С, получаемые от точечных отверстий 5~ и 5м будут просто смещаться вдоль свонх направлений, т. е. также перпенднкулярно плоскости чертежа.
Поэтому замена отверстия 5 длинной щелью, т. е. 1 Схема опыта Юнга непрерывной цепочкой точечных некогерентных нсточннков, не приведет к ухудшению четкости ннтерференцнонных полос по крайней мере в той области, где нх кривизна незначительна. Аналогично, не ухудшит четкости н замена отверстий 5~ и 5э на узкие длинные шелк, перпендикулярные плоскостн чертежа на рис. 5.4. Увеличение же размера первого отверстия нли щели 5 в плоскости чертежа (т.
е. увеличение шнрнны) неизбежна приводит к уменьшению контрастности (вндности) ннтерференцнонных полос (см. у 5.5). В современной демонстрацнонной модификация опыта Юнга в качестве нсточ. ника света используют лазер. !1рн этом длн когерентного воэбухгдення вторнчных нсточннков 5, н ах необходимость во вспомогательном отверстии з отпадает, так как в лазерном нэлученнн световые колебання когерентны по всему поперечному сечению пучка (высокая пространственная когерентность лазерного нзлучення), н пзелн вводят непоередственно в пучок лазерногО излучения. ййругой ннтерференцнонный опыт, аналогичный опыту Юнга, но в меньшей степени осложненный явленнями днфракцин н более светоснльный, был осуществлен Френелем в 1816 г.
Две когерентные световые волны получались в результате отражения от двух зеркал, плоскости которых наклонены под небольшим углом 6 друг к другу (зеркала Френеля, рнс. 5.5). Источником служит узкая ярко освевешенная щель 5, параллельная ребру между зеркалами. Отраженные от зеркал пучки падают на экран, н в той области, где они перекрываются, возникает интерференционная картина. От прямого попадания лучей от источника 5 экран защищен ширмой. Для расчета освещенности Цх) экрана можно считать, что ннтерфернрующне волны нспускаются вторичными источникам 5~ н 5ь представляющими собой мнимые изображения щели 5 в зеркалах.
Поэтому х ',-,",! ат '. уб р «» эб Бипризма Френеля /(х) будет определяться формулой (5.9), в которой расстояние 1 от источников до экрана следует заменить на а+ Ь, где а — расстояние от 5 до ребра зеркал, Ь вЂ” расстояние от ребра до экрана (рнс. 5.5). Расстояние г( между источниками, как видно нз рис. 5.5, равно г(=2аб. Поэтому ширина интерференционной полосы на экране равна Лхяв)(/г(=й(а+Ь)/(2аб) В другом интерференционном опыте, также предложенном Френелем, для разделенна исходной световой волны на две используют призму с углом прн вершине, близким к 180ч (бипризма Френеля).
Источником света служит ярко освещенная узкая щель 5, параллельная преломляющему ребру бипризмы (рнс. 5.6). Можно считать, что здесь образуются два близко лежащих мнимых изображения 5, и 5э источника 5, так как каждая половина бипрнзмы отклоняет лучи на небольшой угол (и — 1)(3. Аналогичное устройство, в котором раль когерентных источников играют действительные изображения ярко освещенной щели, получается, если собирающую линзу разрезать по диаметру и половинки немного раздвинуть (билинза Бийе, рис. 5.7). Прорезь закрывается непрозрачным экраном, а падающие на линзу лучи проходят через действительные изображения щели 5, н 5э и дальше перекрываются, образуя интерференционнос поле.
Во всех перечисленных устройствах с первичным монохроматическнм источникам 5 (например, щелью, освещаемой ртутной лампой через светофильтр, выделяюшнй одну нз узких спектральных линий) ннтерференционные полосы можно наблюдать в любом месте в области перекрытии расходящихся пучков от источников 5, н 5э (этн областн заштрихованы на рнс. 5.5 — 5.7). Зеркала Френеля Бнлииза Бийе При описании интерференционных опытов предполагалось, что колебания векторов Е в обоих световых пучках происходят в точке наблюдения по одному направлению. В случае ортогональной поляризации налагающихся пучков Е,Ее=0„интерференциоиный член в (5.1) равен нулю и происходит просто сложение интенсивностей, приводящее к равномерной освещенности в области перекрытия пучков.
Это легко продемонстрировать, если в обычном интерференциоииом опыте на пути каждого из двух пучков поставить поляризаторы: полосы, отчетливо видные при совпадающих направлениях колебаний в обоих. пучках, пропадают при повороте одного из поляризаторов на 90' (опыты Араго и Френеля). Но для наблюдении интерференции нет необходимости использовать поляризованный свет. Неполяризованный (естественный) свет можно представить в виде суперпозиции двух некогерентных волн, поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях.
В рассмотренных выше интерференционных опытах эти волны создают две независимые, но пространственно совпадающие системы полос, так как свет распространяется в изотропной среде, где фазовыс скорости ортогонально поляризованных волн одинаковы и, следовательно, для каждой точки наблюдения обе волны имеют одну и ту же разность хода интерферирующих пучков. В анизотропной среде волны с ортогональной поляризацией имеют различные фазовые скорости.
Если на пути одного из интерферирующих пучков естественного света поместить кристаллическую пластинку в половину длины волны*, вносящую разность фаз я между волнами с ортогональной поляризацией, то светлые полосы одной из независимых интерференционных картин совпадут с темными полосами другой„что приведет к равномерной освещенности. Но в скрытом виде интерференционная картина все же существует: полосы можно наблюдать, если смотреть на экран через анализатор, направление пропускания которого соответствует поляризации одной из волн.
При повороте анализатора на 90' видна вторая картина, смещевиац относительной первой на полполосы (опыт С. И. Вавилова). Иное дело, если на пути одного нз пучков поместить слой оптически активного вещества (например кварцевую пластинку, грани которой перпендикулярны оптичесной оси), при прохождении через которое происходит поворот направления колебаний. Когда толщина пластинки подобрана так, что направление колебаний изменяется на 90', интерференциониая картина полностью пропадает: теперь в двух пучках, приходящих в точку наблюдения, одинако- * Если опыт выполняется с немонохромвтнческнм светом, то в другой лучок нужна ввести стеклянную алвстинку, оадобрлнную тнк, чтобы оптические пути обоих пучков были цримерно одинаковы. Такая комценслцнн вносимой кристаллической лллстиикой рвзнскти ходи между нучклми обеспечит нвблюдение полос, соответствующих низким порядкам интерференции. 210 ое направление колебаний имеют некогерентиые волны, которые исходном пучке естественного света имели ортогональные полязации.
Контрольные вопросы Почему длн наблюдения интерференции светл ат обычных источников иитерферирующие лучин должны цроисхаднть от одного и того же источника? Ы Почему в центре интерференционной киртнны в опыте Юнги контрастность полос не ухудшается цри замене точечных отверстий 5, 5с н 5э ллнннымн узкими параллельными щелями? Можно ли наблюдать интерференцию иеаолнризовлнного света? Звдвчн с. Найти рвсцределенне интенсивности Цх) нл экране в установке с зерквллмн Френелн (см. рис. 6.6), считая щель 5 бесконечно узкой. Сколько интерференционных иолас можно наблюдать нв экране? 2наб э 4б~аЬ 0 Отве: ((х)=(э З'[ Х Ь ), Ьг=ц +Ь 1.
В ацыте с бицризмой Френеля (см. рис. 6.6) светлая интерференционнля цалосл располагается нри х=о, т. е. в алоскости симметрии устлновкн. Где будет этз полоса, если щель 5 сместить вверх нв рвсстанние а? ". Ответ: ари х= — ЬЬ/а. У к язв инес ири наклоне ирнзмы нн небольшой угол наложение мнимых изобрвженнй 5с и 5с щели 5 в первом цриближении неизменно. 1.3. деление вынямтудьь Лнссвниэмэив мчгерчреренцненньсх невес гв~ Вс)ху глялВ ве 211 нцию света по методу деле- итуды во многих отноше- людать проще, чем в опытах с делением волнового ф пыте Поля свет от источнина 5 отражается двумя остями тонкой прозрачной плоскопараллельной пластин 8). В любую точку Р.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
