Інтерференція світла

Навколишній світ за своєю природою є матеріальним. Фізика – це наука, яка вивчає найзагальніші форми руху матерії ( механічні, теплові, електромагнітні та інші) та їх взаємні перетворення. Матерія може існувати в двох формах: у вигляді речовини та поля. До першої форми матерії належать, наприклад, електрони, протони, атоми, молекули та всі речовини, з яких вони побудовані. До другої – електромагнітні, гравітаційні поля. Різні види матерії можуть переходити одна в одну. Наприклад, електрон і позітрон при взаємодії перетворюються в електромагнітне випромінювання у вигляді фотонів. Можливий і зворотний процес.

Більшість фактичних відомостей про природу і навколишні явища людина отримала за допомогою зорового сприйняття, створеного світлом. Розділ фізики, в якому вивчають світлові явища, називається оптика. Історія розвитку оптики підтверджує одне з основних положень діалектики – закон єдності та боротьби протилежностей.

Світло за своєю природою – явище електромагнітне, але воно одночасно проявляє хвильові ( в явищах інтерференції, дифракції, поляризації, дисперсії) і квантові властивості (в явищах фотоефекту, люмінесценції і т.і.). Із зменшенням довжини хвилі (збільшенням частоти) дедалі чіткіше проявляються квантові властивості світла.

З точки зору сучасних теорій неправильно було б протиставляти хвильові та квантові властивості світла. Навпаки, їх можна порівнювати і поєднувати на основі теорії відносності та сучасних положень квантової фізики. З позицій сучасної фізики немає розбіжностей між квантовими і хвильовими уявленнями про світло – це різні властивості одного явища, і в цьому полягає діалектична єдність матерії.

Явища, в яких світло найбільше виявляє свої хвильові властивості, розглядає хвильова оптика.

У даному конспекті лекцій розглядається сучасна теорія хвильової оптики. Головна увага приділяється не математичним викладкам, а поясненню якісної, фізичної сторони питання.

Конспект розрахований на студентів вищих технічних навчальних закладів

ХВИЛЬОВА ОПТИКА.

ІНТЕРФЕРЕНЦІЯ СВІТЛА,

1.Когерентність. Методи утворення когерентних світлових хвиль.

В електромагнітній хвилі коливаються два вектори напруженостей: електричного Е і магнітного Н полів. Розглядаючи світло як електромагнітну хвилю, враховують, що фізіологічну, фотохімічну, фотоелектричну дію світла викликають коливання електричного вектора Е, який називають світловим вектором. Закон, за яким змінюється в часі і просторі світловий вектор, E = E0 cos(t – kx) , в оптиці записується так:

S = A cos (t – kx) ( 1 ), де A- амплітуда світлового вектора.

Формула (1) називається рівнянням світлової хвилі.

Напруженості електричного поля підпорядковуються принципу суперпозиції (накладання) полів. Якщо в дану точку простору надходять дві хвилі однакової частоти:

S1 = A1 cos (t – kx1) і S2 = A2 cos(ωt – kx2), (2)

то амплітуда коливань вектора А результуючого поля дорівнює:

A = A1 + A2 , тому A2 = A12 + A22 + 2A1A2 cos(k(x1 – x2)). (3)

Якщо частоти коливань в обох хвилях однакові, а різниця фаз  = k(x1 – x2) не залежить від часу, то такі хвилі і джерела називають когерентними. При накладанні когерентних хвиль отримаємо результуюче коливання з незмінною амплітудою, значення якої в залежності від різниці фаз знаходиться в межах:: А1 – А2  А  А1 + А2 (4)