Interferența luminii poate fi explicată prin luarea în considerare a interferenței valurilor (vezi § 156). O condiție necesară pentru interferența cu valurile este coerența lor, adică fluxul consecvent al mai multor procese oscilante sau de undă în timp și spațiu. Această condiție este satisfăcută de valurile monocromatice - valuri care nu sunt limitate în spațiul unei frecvențe definite și strict constante. Deoarece nici o sursă reală nu produce lumină strict monocromatică, valurile emise de orice sursă de lumină independentă sunt întotdeauna incoerente. Prin urmare, experimentul nu observă interferența luminii din surse independente, de exemplu, din două becuri electrice.
Pentru a înțelege cauza fizică a nonmonochromaticității și, prin urmare, incoerența undelor emise de două surse de lumină independente, se poate proceda chiar din mecanismul emisiei de lumină de către atomi. În două surse de lumină independente, atomii emite independent una de cealaltă. În fiecare dintre aceste atomi procesul de radiație este finit și durează un timp foarte scurt (t
8 (c). În acest timp, atomul excitat revine la starea sa normală, iar lumina emisă de el încetează. Din nou, atomul începe să emită unde luminoase, dar cu o nouă fază inițială. Deoarece diferența de fază dintre emisia a doi astfel de atomi independenți variază de la fiecare nou fenomen de emisie, undele emise în mod spontan de atomii oricărei surse de lumină sunt incoerente. Astfel, undele emise de atomi au numai o amplitudine constantă și o fază de oscilații în intervalul de timp "10-8 s, în timp ce într-un interval de timp mai lung amplitudinea și schimbarea fazei. Emisia intermitentă a luminii de către atomi sub formă de impulsuri scurte individuale se numește tren de undă.
Modelul descris de emisie de lumină este valabil și pentru orice sursă macroscopică, deoarece atomii corpului luminos emit lumină și independent unul de celălalt. Aceasta înseamnă că fazele inițiale ale trenurilor de val corespunzătoare acestora nu sunt legate între ele. În plus, chiar și pentru același atom, fazele inițiale ale diferitelor trenuri diferă pentru cele două evenimente de radiație ulterioare. În consecință, lumina emisă de sursa macroscopică este incoerentă.
Orice lumină nonmonocromatică poate fi reprezentată ca un set de trenuri armonice independente succesive. Durata medie a unui tren se numește timpul de coerență. Coerența există numai într-un singur tren, iar timpul de coerență nu poate depăși timpul de radiație, adică tcor Dacă valul se propagă într-un mediu omogen, atunci faza de oscilații la un anumit punct al spațiului este conservată numai în timpul de coerență tco. În acest timp, valul se propagă într-un vid la o distanță lcos = ctco. denumită lungimea coerenței (sau lungimea unui tren). Astfel, lungimea coerenței este distanța, în timpul căreia două sau mai multe valuri pierd coerența. Prin urmare, rezultă că observarea interferențelor luminoase este posibilă numai cu diferențe ale căii optice care sunt mai scurte decât lungimea de coerență pentru sursa de lumină utilizată. Cu cât devierea este mai apropiată de un val monocromatic, cu atât este mai mică lățimea Dw a spectrului frecvențelor sale și, după cum se poate arăta, cu atât este mai mare timpul de coerență al acesteia. prin urmare, lungimea de coerență este lco. Coerența oscilațiilor care apar în același punct în spațiu, determinată de gradul de monocromie a valurilor, se numește coerență temporală. Împreună cu coerența temporală, conceptul de coerență spațială este introdus pentru a descrie proprietățile coerente ale valurilor într-un plan perpendicular pe direcția propagării lor. Două surse, ale căror dimensiuni și poziționare relativă permit observarea interferențelor (cu gradul necesar de monocromie a luminii), se numesc coerente spațial. Raza de coerență (sau lungimea coerenței spațiale) este cea maximă transversală față de direcția de propagare a undei, distanța la care interferența este posibilă. Astfel, coerența spațială este determinată de dragul coerenței. unde l este lungimea de undă a luminii și j este dimensiunea unghiulară a sursei. Astfel, minim posibil raza coerenta de lumina soarelui (la o valoare unghiulară în j lume solar »10 -2 rad si l» 0,5 microni) este „0,05 mm. Cu o astfel de rază mică de coerență nu se poate observa în mod direct interferența luminii solare ca capacitatea de rezoluție a ochiului uman în regiunea cea mai bună este de numai 0,1 mm. Rețineți că prima interferența observație realizată în 1802 de T. Jung și anume cu lumina soarelui, pentru care a ratat anterior razele solare printr-un orificiu foarte mic într-un ecran opac (deci a scăzut cu mai multe ordine de mărime colț al sursei de lumină și astfel crește dramatic raza coerența (sau durata coerenței spațiale)). Să presupunem că două valuri de lumină monocromatică sunt suprapuse unul pe celălalt, excita un anumit punct în oscilații spațiu aceeași direcție x1 = cos A1 + (wt j1) și x2 = cos A2 + (wt) .Pod x J2 realiza electric Eili Npoley magnetic valuri; vectorii E și H oscilează în planuri reciproc perpendiculare (vezi § 162). Atuurile câmpurilor electrice și magnetice respectă principiul suprapunerii (vezi § 80 și 110). Amplitudinea oscilației care rezultă în punctul A 2 = A l + A 2 2 2 + 2A1 A2 cos (j2 - j1) (. 144,2 cm)). Deoarece valurile sunt coerente, apoi cos (j2 - j1) este constantă în timp (dar sa pentru fiecare punct în spațiu) valoare, astfel încât intensitatea undei rezultat (1 În punctele din spațiu unde cos (j2 - j1)> 0, intensitatea I> I1 + I2. unde cos (j2 - j1) <О, интенсивность I Pentru diferența valuri incoerent (j2 - j1) este schimbat în mod continuu, astfel încât valoarea medie a timpului de cos (J2 - j1) este zero, iar intensitatea undei care rezultă este același peste tot și atunci când I1 = I2 este egal cu 2I1 (pentru valuri coerente la o anumită stare la maxime I = 4I1 în minima I = 0). Cum puteți crea condițiile necesare pentru apariția interferențelor undelor luminoase? Pentru a obține undele de lumină coerente, se folosește o metodă pentru a separa o undă emisă dintr-o sursă în două părți, care, după trecerea prin diferite căi optice, sunt suprapuse unul pe altul și se observă un model de interferență. Să divizat în două valuri coerente apar la un anumit punct O la punctul M în care se observă modelul de interferență, un val într-un mediu cu un n2 indice de refracție a plecat s1, al doilea - într-un mediu cu un n2 indice de refracție - calea s2 .Dacă la O Faza de oscilație este în greutate, punctul M în primul val excită oscilație A1 cosw (t - s1 / v1), un al doilea val - cosw oscilație A2 (t - s2 / v2), unde v1 = c / n1. v2 = c / n2 - respectiv viteza de fază a primului și a celui de-al doilea val. Diferența de fază dintre oscilațiile excitate de valuri în punctul M este (Luate în considerare faptul că w / c = 2pv / c = 2pl0 unde l0 - lungime de undă în vid). Artwork sputi lungimea geometrică a undei de lumină în mediu pe indicele de refracție n al mediului se numește o lungime L cale optică, D = L2 - L1 - diferența de cale optică lungimi traversată de valuri - se numește o diferență de cale optică. Dacă diferența de cale optică este egală cu un număr întreg de lungimi de undă într-un vid apoi d = ± 2pm și vibrațiile excitate la punctul M prin ambele valuri vor apărea în aceeași fază. În consecință, (172.2) este condiția maximului de interferență. Dacă diferența de cale optică atunci d = ± (2m + 1) p, iar vibrațiile excitate la punctul M de ambele valuri vor apărea în antifază. În consecință, (172.3) este condiția minimului de interferență.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: