30. Интерференция света. Когерентность. Интерферометры и их применение. Интерференционный микроскоп.

Интерференция – явление наложения когерентных волн, приводящее к образованию в пространстве чередований усиления и ослабления интенсивности волн. Когерентными называют волны в которых разность фаз, возбуждаемых волнами, остается постоянной во времени.

Уравнение световой волны: E=E_Mcosω(t-x\v)

Е – напряженность электрического поля в данной точке пространства х и в данный момент времени t

Е_М-амплитудное значение напряженности эл.п.

ω- круговая частота изменения значения Е

V- скорость распространения световой волны

При наложении когерентных волн происходит перераспределение светового потока в пространстве, в результате чего в одних точках возникает максимум, а в других минимум интенсивности.

Явление интерференции используется в специальных приборах- интерферометрах, которые применяются для измерений не больших расстояний высокой точностью, в санитарной службе – для определения процентного содержания газовых примесей, в фармации – для определения концентраций растворённых в жидкости веществ.

Сочетание двулучевого интерферометра и микроскопа, получившее название интерференционного микроскопа, используют в биологии для измерения показателя преломления, концентрации сухого вещества и толщины прозрачных микрообъектов. Луч света, как в интерферометре, раздваивается, один луч проходит через прозрачный

микрообъект, а другой - вне его. В другой точке лучи соединяются и интерферируют, по результату интерференции судят об измеряемом параметре.

31. Дифракция света. Дифракция на щели в параллельных лучах. Дифракционная решетка.

Дифракция – явление огибания волнами препятствий, отклонение света от прямолинейного распространения вблизи неоднородностей среды. Условие наблюдения дифракции – соизмеримость размеров неоднородностей с длиной волны. Она сопровождается интерференцией и объясняется принципом Гюйгенса-Френеля:

каждая точка волновой поверхности является центром вторичных волн, а огибающая этих волн дает положение волнового фронта в следующий момент времени, излучаемые вторичные волны когерентны и могут интерферировать.

Дифракция на щели в параллельных лучах :

Если световую монохроматическую волну направить на щель Щ ширина а которой достаточно мала ,то на экране Э, расположенном по другую сторону щели, получится изображение этой щели, окруженное интерференционной картиной - чередованием светлых (максимумов ) и темных (минимумов) полос. Согласно принципу Гюйгенса-Френеля, когда фронт падающей волны достигает щели , все его участки становятся источниками вторичных когерентных волн, распространяющихся за щелью во всех направлениях.

Для расчета положений max и min при интерференции лучей применяется метод зон Френеля.

Зона Френеля – участки поверхности щели, разность хода крайних лучей которых равна λ\2 . если число зон Френеля окажется четным – минимум интенсивности, если же нечетным – интерференционный максимум.

Дифракционная решетка - важнейший спектральный прибор, предназначенный для разложения света в спектр и измерения длин волн, или совокупность большого числа параллельных щелей.

Расстояние между центрами двух соседних щелей наз-ся постоянной или периодом дифракционной решетки d, или равноценно, d=a+b, где а- ширина штриха, b – ширина щели. Простейшей дифракционной решеткой может служить совокупность двух щелей. Согласно принципу Гюйгенса- Френеля, щели решетки можно считать источниками сферических когерентных волн. После прохождения дифрагировавшего на щелях света через линзу на экране образуется интерференционная картина. Главные максимумы создаются лучами, в геометрической разности хода которых укладывается целое число длин волн, т.е. d sin фи= +- k лямбда – условие главных максимумов

Главные минимумы соответствуют таким углам j, в направлении которых ни одна из щелей не распространяет свет. Таким образом, условие главных минимумов выражает формула

bsinj=± ml , m=1,2,3

Кроме главных максимумов имеется большое число слабых побочных максимумов, разделенных дополнительными минимумами.

Положение главных максимумов (кроме центрального) зависит от длины волны l . Поэтому при пропускании через решетку белого света все максимумы ненулевого порядка, разложатся в спектр, фиолетовый конец которого обращен к центру дифракционной картины, а красный - наружу. Таким образом, дифракционная решетка представляет собой спектральный прибор.