Физическая энциклопедия - интерференция света

пространственное перераспределение энергии светового излучения при наложении двух или неск. световых волн; частный случай общего явления интерференции волн. Нек-рые явления И. с. наблюдались ещё И. Ньютоном в 17 в., однако не могли быть им объяснены с точки зрения его корпускулярной теории (см. ОПТИКА). Правильное объяснение И. с.

как типично волнового явления было дано в нач. 19 в. франц. физиком О. Ж. Френелем и англ. учёным Т. Юнгом. Наиболее часто наблюдается И. с., характеризующаяся образованием стационарной (постоянной во времени) интерференционной картины (и. к.) регулярного чередования областей повышенной и пониженной интенсивности света (см. НЬЮТОНА КОЛЬЦА); к явлениям И.

с. относятся также световые биения и явления корреляции интенсивности (см. ниже). Строгое объяснение этих явлений требует учёта как волновых, так и корпускулярных св-в света и даётся на основе квант. электродинамики. Рис. 1. Схема опыта Юнга. Справа сплошной линией представлена зависимость интенсивности на экране от координаты, нормальной щелям; пунктиром показана освещённость экрана при поочерёдном закрывании щелей. Стационарная И. с. возникает при наличии пост. разности фаз (или определ. корреляции фаз) налагающихся волн (см. КОГЕРЕНТНОСТЬ). До появления лазеров когерентные световые пучки могли быть получены только путём разделения и последоват.

сведения лучей, исходящих из одного и того же источника (см. ФРЕНЕЛЯ ЗЕРКАЛА). Требование когерентности налагает ограничения на угл. размеры источника и на ширину спектра излучения. Так, напр., в классич. опыте Юнга, в к-ром малый источник с линейным размером излучающей поверхности S освещает две узкие щели (рис. 1), когерентность обеспечивается условием: S?lR/d, где l ср. длина волны света, R расстояние от источника до экрана со щелями, d расстояние между щелями. Когерентность также зависит от разности хода d интерферирующих лучей, к-рая, будучи выраженной в длинах световых волн, наз. порядком интерференции. С ростом б когерентность, а вместе с ней и контраст и. к. падает тем быстрее, чем шире спектр Dl света. Макс. разность хода, при к-рой и. к. ещё видна, имеет порядок (Dl)-1. В белом свете наблюдается и. к. самых низких порядков (1-2-го), причём окрашенная, поскольку положение максимумов и минимумов интенсивности света на и. к. зависит от l. Для узких спектр.

линий порядок И. с. может доходить до 105-106, что соответствует разности хода в неск. см. Для наиболее монохроматических лазерных источников допустимая разность хода измеряется тысячами км. Ограничения, связанные с когерентностью, могут быть поняты из рассмотрения наложения и. к. от отдельных точек реального источника. При слишком больших размерах источника суммарная и.

к. оказывается смазанной. Различают двухлучевую и многолучевую И. с. В первом случае свет в каждую точку и. к. приходит от общего источника по двум путям, как на рис. 1, при этом распределение интенсивности на и. к. явл. гармонич. ф-цией (cos22pd/l). Многолучевая И. с. возникает при наложении мн.

когерентных волн, получаемых делением исходного волн. фронта с помощью многократных отражений (напр., в интерферометре Фабри Перо) или дифракцией на многоэлементных периодич. структурах (см. ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЁТКА, МАЙКЕЛЬСОНА ЭШЕЛОН). При многолучевой И. с. интенсивность и. к. явл. периодической, но не гармонич. ф-цией d (рис. 2). Резкая зависимость интенсивности и.

к. от длины волны при многолучевой И. с. широко используется в спектр. приборах. Рис. 2. Зависимость интенсивности в интерференц. картине интерферометра Фабри Перо от разности хода d. Из естеств. проявлений И. с. наиболее известно радужное окрашивание тонких плёнок (масляные плёнки на воде, мыльные пузыри, окисные плёнки на металлах), возникающее вследствие И.

с., отражённого двумя поверхностями плёнки. В тонких плёнках перем. толщины при освещении протяжённым источником локализация и. к. происходит на поверхности плёнки, при этом данная интерференц. полоса соответствует одной и той же толщине плёнки (полосы равной толщины). В белом свете полосы окрашены. В тонких плёнках строго пост.

толщины (с точностью до долей Я) одинаковую разность хода имеют лучи, падающие на плёнку под одним и тем же углом, и интерференц. полосы наз. полосами равного наклона. Они локализованы в бесконечности, и наблюдать их можно в фокальной плоскости линзы. Если при наблюдении И. с. от обычных источников света и. к. имеет малую яркость и размеры, то при использовании лазеров явления И. с. настолько ярки и характерны, что нужны особые меры для получения равномерной освещённости. Чрезвычайно высокая когерентность лазерного излучения приводит к появлению помех интерференц.

происхождения при наблюдении объектов, освещённых лазером. При лазерном освещении произвольной шероховатой поверхности глаз воспринимает хаотич. картину световых пятен, мерцающую при перемещении наблюдателя (нерегулярная и. к., к-рая при обычном освещении не наблюдается). К явлениям И. с. относятся также световые биения, возникающие при наложении световых полей разных частот.

В этом случае образуется бегущая в пр-ве и. к., так что в заданной точке интенсивность света периодически меняется во времени с частотой, равной разности частот интерферирующих волн. Биения возникают в обычных (нелазерных) схемах И. с. при изменении во времени хода интерферирующих лучей. Наблюдение биений в излучении независимых источников света возможно только для лазерных источников.

Эффектами, родственными световым биениям, явл. корреляции интенсивности, наблюдаемые при установке двух фотоприёмников (напр., счётчиков фотонов) в пределах площади когерентности. На интервалах времени порядка (или менее) обратной ширины спектра излучения обнаруживается превышение числа парных фотонных совпадений над фоном случайных событий.

Зависимость этого превышения от расстояния между счётчиками позволяет судить о площади когерентности поля излучения, что нашло применение для измерения диаметра звёзд наряду с традиционным методом звёздного интерферометра. И. с. широко используется при спектральном анализе для точного измерения расстояний и углов, в рефрактометрии, в задачах контроля кач-ва поверхностей, для создания светофильтров, зеркал, просветляющих покрытий и др.

; на явлениях И. с. основана голография. Важный случай И. С.интерференция поляризованных лучей. .