Интерференция света - это явление перераспределения интенсивности световых волн в результате их наложения или суперпозиции. Узнайте более подробно об интерференции света и ее проявлениях в статье на NOCFN.
Cодержание
Интерференция света - это явление перераспределения интенсивности световых волн в результате их наложения или суперпозиции. Оно происходит при интерференции электромагнитных волн, в основном видимого света. При интерференции возникают чередующиеся в пространстве максимумы и минимумы интенсивности света, что формирует интерференционную картину.
История открытия интерференции света
Первые наблюдения интерференции были сделаны отдельно друг от друга Гримальди, Бойлем и Гуком. Гримальди исследовал интерференцию света, прошедшего через два близких отверстия, а Бойль и Гук изучали интерференцию в тонких слоях прозрачных сред, таких как мыльные пленки и тонкие стенки стеклянных шаров. Они также обнаружили разноцветную окраску при интерференции. Гук первым связал интерференцию с волновыми свойствами света, хотя концепция была еще не до конца развита.
В 1801 году Томас Юнг предложил принцип суперпозиции и дал первое подробное объяснение интерференции света. Он провел демонстрационный эксперимент с двумя щелевыми источниками света, получив интерференцию. Этот опыт Юнга стал классическим и ввел термин "интерференция" в научный обиход.
Проявление интерференции света
Интерференция света проявляется при наложении волн различной длины. Например, при интерференции белого света происходит разделение его спектральных составляющих, что мы видим как радужные полосы. Это объясняется тем, что интерференция прямо зависит от длины волны света.
См. также
Интерференция света в тонких пленках
Одно из примеров явления интерференции света - это интерференция в тонких пленках. При прохождении света через тонкую пленку, например, на поверхности линзы, происходит разделение первоначального луча света на два луча. Это приводит к интерференции волн, возникает интерференционная картина. Интерференционные полосы на пленке связаны с разностью хода световых волн, вызванной разницей в оптической плотности тонкой пленки.
Что нам скажет Википедия?
Интерфере́нция све́та (лат. interferens, от inter — между + -ferens — несущий, переносящий) — интерференция электромагнитных волн (в узком смысле - прежде всего, видимого света) — перераспределение интенсивности света в результате наложения (суперпозиции) нескольких световых волн. Это явление обычно характеризуется чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности света. Конкретный вид такого распределения интенсивности света в пространстве или на экране, куда падает свет, называется интерференционной картиной.
Поскольку явление интерференции прямо зависит от длины волны, то при интерференции света, содержащего различные спектральные составляющие (цвета), например, белого света, происходит разделение этих спектральных составляющих, глазом видимые в случае белого света как радужные полосы.
Впервые явление интерференции было независимо обнаружено Гримальди (для луча, прошедшего через два близких отверстия), Робертом Бойлем и Робертом Гуком (для интерференции в тонких слоях прозрачных сред, таких как мыльные плёнки, тонкие стенки стеклянных шаров, тонкие листки слюды; они наблюдали при этом возникновение разноцветной окраски; при этом Гук заметил и периодическую зависимость цвета от толщины слоя). Гримальди впервые и связал явление интерференции с идеей волновых свойств света, хотя ещё в довольно туманном и неразвитом виде.
В 1801 году Томас Юнг (1773—1829 гг.), введя «принцип суперпозиции», первым дал достаточно детальное и, по сути, не отличающееся от современного объяснение этого явления и ввёл в научный обиход термин «интерференция» (1803). Он также выполнил демонстрационный эксперимент по наблюдению интерференции света, получив интерференцию от двух щелевых источников света (1802); позднее этот опыт Юнга стал классическим.
Интерференция света в тонких плёнках
Основная статья: Интерференция в тонких плёнках
Получить устойчивую интерференционную картину для света от двух разделённых в пространстве и независящих друг от друга источников света не так легко, как для источников волн на воде. Атомы испускают свет цугами очень малой продолжительности, и когерентность нарушается. Сравнительно просто такую картину можно получить, сделав так, чтобы интерферировали волны одного и того же цуга. Так, интерференция возникает при разделении первоначального луча света на два луча при его прохождении через тонкую плёнку, например плёнку, наносимую на поверхность линз у просветлённых объективов. Луч света длиной волны λ, падая перпендикулярно к поверхности плёнки толщиной d, отразится дважды — от внутренней и наружной её поверхностей. Если плёнка достаточно тонка, так что её толщина не превышает длину цуга волн падающего света, то на верхней границе раздела сред отражённые лучи будут когерентны и поэтому смогут интерферировать.
Изменение фазы проходящего через плёнку луча, в общем случае, зависит от показателя преломления плёнки и окружающих её сред. Кроме того, надо учитывать, что свет при отражении от оптически более плотной среды меняет свою фазу на половину периода. Так, например, в случае для воздуха (n₁ ≈ 1), окружающего тонкую масляную плёнку (n₂ ≈ 1.5), луч, отражённый от внешней поверхности будет иметь сдвиг фазы π, а от внутренней — не будет. Интерференция будет конструктивной, если итоговая разница между пройденными этими лучами путями на поверхности плёнки будет составлять полуцелое число длин волн в плёнке λ₁/n₁ = λ₂/n₂.
То есть Δφconst = 2d(2π/λ₂) + π(2k-1) = 2d(2πn₂/λ₁n₁) + π(2k-1), k∈Z
Для деструктивной интерференции в данном примере необходимо, чтобы разность фаз между лучами была кратна 2π.
То есть Δφdest = 2d(2πn₂/λ₁n₁) + 2πk, k∈Z
Полное гашение лучей произойдет для толщин плёнки: ddest = (1/2)λ₁k(n₁/n₂)
Если λ₁ = 400 нм, то длина этой волны в масляной плёнке λ₂ ≈ 267 нм.
При k = 1 формула даёт результат ddest ≈ 133 нм — и это минимальная толщина плёнки для данных условий для образования деструктивной интерференции.
Лучи соседних участков спектра по обе стороны от λ = 400 нм интерферируют не полностью и только ослабляются. Результирующее усиление одних частей спектра и ослабление других меняет окраску плёнки. Причем малейшие изменения толщины плёнки сразу же выражаются в смещении спектра наблюдаемого цвета — этот эффект легко продемонстрировать на примере с мыльным пузырём.
Явление интерференции наблюдается в тонком слое несмешивающихся жидкостей (керосина или масла на поверхности воды), в мыльных пузырях, бензине, на крыльях бабочек, в цветах побежалости и т.д.
Кольца Ньютона
Основная статья: Кольца Ньютона
Другим методом получения устойчивой интерференционной картины для света служит использование воздушных прослоек, основанное на одинаковой разности хода двух частей волны: одной — сразу отраженной от внутренней поверхности линзы и другой — прошедшей воздушную прослойку под ней и лишь затем отразившейся. Её можно получить, если положить плосковыпуклую линзу на стеклянную пластину выпуклостью вниз. При освещении линзы сверху монохроматическим светом образуется тёмное пятно в месте достаточно плотного соприкосновения линзы и пластинки, окружённое чередующимися тёмными и светлыми кольцами, названными затем в честь их открывателя Ньютона.
