Лекция 5.

Интерференция света.

План лекции:

1. Электромагнитные волны оптического диапазона (свет).

2. Основные свойства света. Источники света.

3. Когерентность и способы её осуществления.

4. Сущность интерференции и способы её наблюдения.

5. Интерференция в тонких плёнках.

6. Применение явления интерференции света.

1) Электромагнитные волны оптического диапазона (свет).

До этого мы изучали механические волны. Они бывают как продольными, так и поперечными. Для их распространения обязательно нужна какая-либо среда. Для продольных волн среда может быть твёрдой, жидкой или газообразной. Для поперечных волн она должна быть только твёрдой.

Однако в природе существуют волны, для распространения которым вообще не нужна какая-либо среда. Это – электромагнитные волны.

Что это за волны?

Для того, чтобы их понять, вспомним электродинамику. Из неё следует:

а) Изменение в какой-либо точке пространства электрического поля вызывает появление магнитного поля.

б) Изменение в какой-либо точке пространства магнитного поля вызывает появление электрического поля.

Из этого следует, что если мы в какой-либо точке пространства будем изменять периодически одно из этих полей, то обязательно будет появляться другое поле, изменяющееся по такому же закону, но векторы этих обоих полей будут взаимно перпендикулярными. И эти два поля образуют электромагнитную волну. ( рис.1)

И эта электромагнитная волна может распространяться в любой диэлектрической среде и в вакууме. Скорость электромагнитной волны в вакууме является наибольшей скоростью в природе и составляет 300 000 км/с или 3*10⁸ м/с.

Вся шкала электромагнитных волн начинается с длины волны в несколько километров и заканчивается длиной волны в доли ангстрема, т.е. коротковолновым гамма-излучением. Из этой шкалы выделяется узкий диапазон длин волн от 7,5*10^-7 м до 3*10^-7 м. Эти электромагнитные волны действуют на орган зрения человека и вызывают зрительные ощущения. Называются они видимым светом. (рис.1.1)

2. Основные свойства света. Источники света.

С точки зрения современной науки, свет имеет двойственную природу, так называемый корпускулярно-волновой дуализм.

При распространении в пространстве свет ведёт себя как волна, а при излучении и поглощении, т.е. при взаимодействии с веществом, он ведёт себя как поток частиц – фотонов. Энергия фотона дискретна и может быть подсчитана по формуле Планка:

E = hГде - частота световой волны.

В однородной среде свет распространяется прямолинейно. При распространении в различных прозрачных средах, при отражении и преломлении свет выбирает себе такой путь, на который требуется наименьше время.

В вакууме свет имеет наибольшую скорость в природе с = 3*10⁸ м/с. В других прозрачных средах свет распространяется со скоростью в n раз меньшей. Здесь n – абсолютный показатель преломления среды. Чем он больше – тем больше оптическая плотность среды. Ниже приводятся данные показателей преломления некоторых прозрачных сред.

Воздух 1,0028

Вода 1,33

Стекло 1,5 – 2,0

Алмаз 2,4

Свет может отражаться от непрозрачных тел, а также от границы двух прозрачных сред с различными показателями преломления.

При переходе из одной прозрачной среды в другую прозрачную среду с другой оптической плотностью, луч света испытывает преломление, то есть он отклоняется от первоначального направления.

Световая волна может подвергаться интерференции и дифракции, что является доказательством волновой природы света.

Свет может подвергаться поляризации, что является доказательством поперечности световых волн.

Свет может из атома выбить электрон, что является доказательством его корпускулярной природы.

Источники света бывают как естественными, так и искусственными. К естественным источникам относятся Солнце и звёзды, пламя, молния, а также светящиеся некоторые живые существа. К искусственным источникам света относятся те источники света, которые созданы не природой, а деятельностью человека. Например, электрические лампы накаливания, газоразрядные лампы, различные люминесцентные индикаторы, светодиоды, а также лазеры.

Искусственные источники могут давать как полихроматический (белый) свет, так и свет только определённого цвета (монохроматический) свет, Они могут также давать как поляризованный, так и неполяризованный свет.