Lecture_6

ЛЕКЦИЯ 6

Понятие времени когерентности и длины когерентности

М/х волны с одинаковыми частотами всегда когерентны.

Излучение атома можно характеризовать как квазимонохроматический свет.

Возбужденный атом излучает цуг волн в течение времени τизл 10-8с, а затем переходит в невозбужденное состояние. Через какое-то время излучается новый цуг. Волновой цуг – это участок э/м волны, излучаемой атомом за время перехода из возбужденного состояния в основное. Для квазимонохроматической волны можно записать E E0(t) cos( t (t)) , при этом амплитуду

E0(t) и фазу (t) можно считать постоянными в течение определенного промежутка времени,

которое называется временем когерентности τког.

Пусть на экран попадают излучения от двух независимых атомов. При наложении двух цугов получается ИК. Распределение интенсивности на экране зависит от разности фаз колебаний цугов.

Однако разность фаз быстро и беспорядочно меняется от одной пары цугов к следующей. В

течение секунды миллионы раз одна ИК сменяется другой. Приемник света (в частности, глаз) фиксирует равномерную освещенность экрана, так как время регистрации на порядки превышает время излучения волнового цуга.

Найдем расстояние, на которое распространилась волна за время τког:

Для обычных источников длина когерентности порядка нескольких сантиметров.

Как же получить устойчивую ИК при использовании обычного источника света?

Сущность эксперимента для наблюдения интерференции света

Необходимо излучение от одного и того же источника разделить на два или несколько пучков и заставить попадать на экран различными путями. Если при этом разность хода

r < Lког, то должна наблюдаться ИК.

Другими словами, должны накладываться волны, полученные из одного и того же цуга, а еще точнее, из одного и того же участка цуга длиной Lког, к которому применимо синусоидальное приближение.

Основной способ получения когерентных волн от обычного источника заключается в разделении светового пучка на два (или более) так, чтобы пучки встречались снова, и при этом

разность хода была меньше Lког.

Взависимости от способа разбиения пучка существует два метода получения когерентных волн:

метод деления волнового фронта;

метод деления амплитуды.

КЛАССИЧЕСКИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ ОПЫТЫ

Способы получения когерентных волн методом деления волнового фронта.

Бипризма Френеля.

Состоит из двух прозрачных призм с малыми преломляющими углами . Практически делается из целого куска стекла. Источник света – щель S, параллельная ребру бипризмы. После преломления в бипризме падающий пучок света разделяется на два

когерентных пучка с вершинами в мнимых источниках S1 и S2. Другими словами, цилиндрический волновой фронт делится бипризмой на два сходящихся цилиндрических волновых фронта.

интерферирующих лучей.

Сначала рассмотрим плоскую волну, то есть случай, когда источник находится на бесконечности от бипризмы.

n – показатель преломления стекла бипризмы.

Запишем закон преломления:

sin 1 . Учтем, что углы и малы. sin n

Зеркала Френеля.

S – узкая ярко освещенная щель. Угол между

зеркалами очень мал. Щель S расположена параллельно линии пересечения плоскостей зеркал (перпендикулярно плоскости рисунка).

При отражении пучок от источника S делится на два когерентных пучка, как бы исходивших от мнимых изображений S1 и S2 щели в зеркалах. В области MN

Интерференционная картина искажается дифракцией на ребре, вдоль которого пересекаются плоскости зеркал.

Билинза Бийе.

На примере Билинзы Бийе введем важную характеристику любой интерференционной схемы – апертуру интерференции . В поле интерференции этому углу соответствует угол схождения лучей α.