Интерференция – одно из ярких проявлений волновой природы света. Это интересное и красивое явление наблюдается при наложении двух или нескольких световых пучков. Интенсивность света в области перекрывания пучков имеет характер чередующихся светлых и темных полос, причем в максимумах интенсивность больше, а в минимумах меньше суммы интенсивностей пучков. При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра. С интерференционными явлениями мы сталкиваемся довольно часто: цвета масляных пятен на асфальте, окраска замерзающих оконных стекол, причудливые цветные рисунки на крыльях некоторых бабочек и жуков – все это проявление интерференции света.

Интерференция - сложение в пространстве двух (или нескольких) волн, при котором в разных его точках получается усиление или ослабление амплитуды результирующей волны. Явление характерно для волн любой природы: звуковых волн, волн на поверхности воды, электромагнитных волн и др.

Устойчивую интерференционную картину дают только когерентные волны, т.е. волны, имеющие одинаковые частоты и постоянную во времени разность фаз колебаний.

Пусть в точку А пришли две волны одинаковой частоты, прошедшие перед этим различные расстояния l₁ и l₂ от своих источников.

Амплитуда результирующего колебания зависит от величины, которую называют  разностью хода волн.

Если разность хода равна целому числу волн, то волны приходят в точку синфазно. Складываясь, волны усиливают друг друга и дают колебание с удвоенной амплитудой.

Если разность хода равна нечетному числу полуволн, то волны приходят в точку А в противофазе. В этом случае они гасят друг друга, амплитуда результирующего колебания равна нулю.

В других точках пространства наблюдается частичное усиление или ослабление результирующей волны.

Если волны распространяются в одной плоскости, то результирующая амплитуда при сложении этих волн будет равна А = А₁+ А₂ при усилении, А = А₁- А₂ при ослаблении.

Если волны распространяются в плоскостях, расоложенных под углом друг к другу, то результирующая амплитуда при сложении этих волн будет равна, где - угол между плоскостями распространения волн.

Первым интерференционным опытом, получившим объяснение на основе волновой теории света, явился опыт Юнга (1802 г.). В опыте Юнга свет от источника, в качестве которого служила узкая щель S, падал на экран с двумя близко расположенными щелями  S₁ и S₂ (рисунок). Проходя через каждую из щелей, световой пучок уширялся вследствие огибания препятствия, поэтому на белом экране Э световые пучки, прошедшие через щели S₁ и S₂, перекрывались. В области перекрытия световых пучков наблюдалась интерференционная картина в виде чередующихся светлых и темных полос (вид сверху).

Юнг был первым, кто понял, что нельзя наблюдать интерференцию при сложении волн от двух независимых источников. Поэтому в его опыте щели S₁ и S₂, которые в соответствии с принципом Гюйгенса можно рассматривать как источники вторичных волн, освещались светом одного источника S. При симметричном расположении щелей вторичные волны, испускаемые источниками S₁ и S₂, находятся в фазе, но эти волны проходят до точки наблюдения P разные расстояния  l₁ и l₂. Следовательно, фазы колебаний, создаваемых волнами от источников S₁ и S₂ в точке P, вообще говоря, различны. Таким образом, задача об интерференции волн сводится к задаче о сложении колебаний одной и той же частоты, но с разными фазами. Утверждение о том, что волны от источниковS₁ и S₂ распространяются независимо друг от друга, а в точке наблюдения они просто складываются, является опытным фактом и носит название принципа суперпозиции (принцип сложения).

Следует подчеркнуть, что в волновой оптике, в отличие от геометрической оптики, понятие луча света утрачивает физический смысл. Термин «луч» употребляется здесь для краткости для обозначения направления распространения волны. В дальнейшем этот термин будет употребляться без кавычек.

Явление интерференции можно наблюдать, например:

- радужные разводы на поверхности жидкости при разливе нефти, керосина, в мыльных пузырях

.

При попадании монохроматического света (самый простой случай) на тонкую пленку часть света отражается от наружной поверхности пленки (луч 1), другая часть света, пройдя через пленку, отражается от внутренней поверхности (луч 2). 
При попадании в глаз на сетчатке происходит наложение (сложение) двух этих когерентных волн и возникает интерференционная (полосатая) картина, как результат усиления и ослабления волн. В случае белого света интерференционная картина будет радужной.

 Особенно важен частный случай интерференции света, отраженного двумя поверхностями плоскопараллельной пластинки, когда точка наблюдения P находится в бесконечности, т.е. наблюдение ведется либо глазом, аккомодированным на бесконечность, либо на экране, расположенном в фокальной плоскости собирающей линзы

В этом случае оба отражённых луча, идущие от S к P, порождены одним падающим лучом и после отражения от передней (луч АD) и задней (луч ВС) поверхностей пластинки параллельны друг другу. Оптическая разность хода между ними в точке P такая же, как на линии  АD: , здесь n – показатель преломления материала пластинки. Предполагается, что над пластинкой находится воздух, т.е. n₀ = 1. Так как  , то где h - толщина пластинки, тогда отрезок AD можно найти : .

Примеры:

1. Найдите все длины волн видимого света, которые в результате интерференции при разности хода интерферирующих лучей 1,8 мкм, будут: 1) максимально усилены; 2) максимально ослаблены.

Решение: Видимый свет имеет длину волны, лежащую в диапазоне от красного цвета 0,76 мкм до фиолетового цвета 0,38 мкм. Условия максимума интерферирующих волн . Выразим отсюда длину волны и подставляя разность хода и значения m =1,2,3.... найдём ответ на первый вопрос::

Условия минимума интерферирующих волн. Выразим отсюда длину волны и подставляя разность хода и значения m =1,2,3.... найдём ответ на второй вопрос::

2. На толстую стеклянную пластину (n_ст = 1,5), покрытую очень тонкой пленкой, абсолютный показатель преломления вещества которой равен 1,4, падает нормально параллельный пучок монохроматического света с λ = 0,6 мкм. Определите толщину пленки, при которой отраженный свет максимально ослаблен вследствие интерференции.

Решение:

В решении DC = (AB+BC) обозначена разность хода двух волн, отражённых от точки А и от точки В, угол здесь обозначен как угол преломления в среде плёнки, поэтому в формуле (смотри теорию)cos угла преломления равен 1.

Особое внимание!!!

При решении задач на интерференцию света рекомендуется:

1. Сделать соответствующий чертеж, указав на нем ход лучей.

2. Выяснить причины появления оптической разности хода между интерферирующими лучами.

3.  Определить эту оптическую разность хода лучей.

4. Записать или, если необходимо, вывести условие максимума или минимума интерференции.

5. Решить полученное уравнение, произвести вычисления и оценить реальность полученного результата.

Вернуться к конспектам урока