ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ НА СВЕТЛИНАТАweb.uni-plovdiv.bg/yovcheva/lectures/Physics -...

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ НА

СВЕТЛИНАТА

Лектор: проф. д-р Т. Йовчева

1. Събиране на монохроматични вълни

Разглеждаме два монохроматични източника с еднаква

честота и еднаква поляризация, независими един от друг.

В дадена точка от пространството тези вълни се сумират по

принципа на суперпозицията и предизвикват резултантно

трептене със същата честота и постоянна с времето

амплитуда, зависеща от разликата във фазите на двете вълни

за дадената точка.

2222202222022

1111101111011

. ),.cos(.)..cos(.

. ),.cos(.)..cos(.

rktErktEE

rktErktEE

)cos(.2.[ 120201

2

02

2

01 EEEEcI

Резултантното трептене е : 21 EEE

2

0.EcI Резултантния интензитет е :

2. Интерференция на светлината

Означаваме фазовата разлика като:

а) 2=1 или 2 - 1 = const, (t) = const.

Началните фази са еднакви или постоянни с

времето, т.е вълните са кохерентни. Тогава се

наблюдава интерференция.

, за дадена точка

)cos(...2 122121 IIIII

11122212 rkrk

cos...2 2121 IIIII

const112212 rkrk

Интерференчен член

✎ = 0, 2,...2m, четно число , cos = 1

, max

✎ = , 3,...(2m+1), нечетно число , cos = -1

, min

Интерференция – явление, при което в резултат на

наслагване на кохерентни вълни става преразпределение

на светлинния поток в пространството и възникват

максимуми и минимуми на интензитета.

б) ,

тъй като 2 - 1= f(t) – некохерентни вълни

В случай на некохерентни вълни непрекъснато се

изменя, приемайки с равна вероятност произволни

стойности, т.е

2121 ..2 IIIII

2121 ..2 IIIII

)(12 tf

0cos 21 III

☞ Кохерентност се нарича съгласуваното протичане на няколко

трептения или вълнови процеси. Степента на тази

съгласуваност е различна, за това се въвежда понятието степен

на кохерентност на две вълни: /(1- ).

Кохерентни в

класическия смисъл са

две вълни, които имат:

-- една и съща честота

-- запазват постоянна

разликата във фазите си

за времето на

наблюдение.

☞Условия за кохерентност

► Пространствена кохерентност

- вълните са излъчени от точков източник;

► Временна кохерентност

- вълните са напълно монохроматични;

► (t)=const ;

► А01, А02 = const ;

► еднаква поляризация ;

► А01=А02 .

21

0201 kk

Распределение на интензитета в интерференчната картина.

Цяло число m - порядък на интерференчните максимуми

Експериментално наблюдение на явлението

интерференция на светлината

Първи експеримент за наблюдение на интерференция на светлината в лабораторни условия – Исак Нютон.

Нютонови пръстени – ИК е концентрични кръгове. Нютон не успява да обясни чрез корпускулярната теория, защо се появяват тези кръгове. Но, разбира, че явлението е свързано с някаква периодичност на светлинните процеси.

Първи експериментален опит на явлението интерференция, което се обяснява с вълновата теория на светлината - опита на Томас Юнг 1802г.

Юнг първи разбира, че интерференция не може да се наблюдава при събиране на вълни от два независими източника.

3.1 Опит на Юнг

Първа експериментална установка за демонстрация на

интерференция на светлината (1802г.).

S1SS2 – апертура на интерференция при опита на Юнг.

Опит на Юнг

3.2. Оптичен път

Явлението интерференция е свързано с разликата във фазите, с

която пристигат лъчите в дадена точка, а самите фази зависят

от това, колко дължини на вълната могат да се насложат в

разстоянието от източника до разглежданата точка. Този брой

зависи от средата, в която се разпространява лъча.

- оптичен път

- разлика във фазите

0 - дължина на вълната на светлинните трептения във вакуум,

- разлик в оптичните пътища.

rnL .

.2

)...(2

0

1122

0

rnrn

Опит на Юнг

4. Условия за получаване на максимуми и минимуми

, E01 = E02 =E0

а) Условия за максимум –

I = Imax = 4I0 (cos = 1)

= 2m. или

.2

0

2.2

m

б) Условия за минимум – I = Imin = 0 (cos = -1)

= (2m+1). или

- порядък на интерференчните линии

2).12(

m

2m

cos...2 2121 IIIII

5. Анализ на интерференчната картина

- разлика в оптичните пътища

1 ,).( 12 вnnss

2222

2221

)2

(

)2

(

dxls

dxls

dxl

dxssss

dxss

..2 2.

..2)).((

..2

1212

21

22

xl

d.

☞ Максимум – при стойности xmax= xm на екрана се

наблюдават максимуми

..;..d

lmxmx

l

dmm

Конструктивна интерференция(Интерференчен максимум)

☞ Минимум – при стойности xmin= x’m на екрана се

наблюдават минимуми

2.).12(;

2).12(. //

d

lmxmx

l

dmm

Деструктивна интерференция (Интерференчен минимум)

☞Ширина на интерференчна линия

- разстояние между интерференчни линии

- ширина на интерференчна линия

)( 1 mm xxx

)( 1//

mm xxx

.d

lx - не зависи от m

✓ xm, x ’m, зависят от l/d

Необходимо условие за наблюдаване на ясна

интерференчна картина е l >> d . Ако l ≈ d и

интерференчните линии ще са неразличими.

✓ xm, x ’m, зависят от

Изводи:

x

x

x

Изводи:

◊ Бяла светлина:

➢ За m = 0 при х = 0 се наблюдава нулев максимум

за всички (бял, неоцветен).

➢ За m ≠ 0 при х ≠ 0 максимумите за различните

са отместени. Най-близко до нулевия максимум е

максимумът за цвета с минимална (син). С отдалечаване

от нулевия максимум, максимумите за различни се

отместват един спрямо друг все повече и повече. Това води

до наслагване на ивици и размазване на картината.

..d

lmxm

◊ Монохроматична светлина:

Броят различими интерференчните линии значително

нараства. Оцветени са в един цвят.

✓ - не зависи от m.

За дадено ширината не се променя.

x

x

Измерване на дължината на вълната