Интерференция света

В 1801 году Томасом Юнгом было обнаружено явление, которое положило начало полному признанию волновой теории света. Экспериментально было показано, что если свет от одного источника разделить на два или более пучков, а затем наложить их друг на друга, то интенсивность в области суперпозиции пучков будет изменяться от точки к точке, достигая максимума, превышающего сумму интенсивности пучков, и минимума, который может оказаться равным нулю. Это явление называется интерференцией.

Об интерференции, таким образом, можно всегда говорить в тех случаях, когда нарушается принцип суперпозиции интенсивности налагающихся пучков излучения. Наша задача в этом пособии – выяснить условия, при которых возникает интерференция, и основные параметры интерференционного поля в случае ее возникновения.

Из курса физики известно, что интерференция при суперпозиции пучков идеального монохроматического света возникает всегда, поскольку такие пучки являются когерентными, и разность фаз колебаний в каждой точке поля остается постоянной. Однако, свет от реальных физических источников света никогда не бывает строго монохроматическим, поскольку, как известно из теории атомного строения вещества, его амплитуда и фаза флуктуируют непрерывно и так быстро, что ни глаз, ни обычный физический детектор не могут уследить за их изменениями. Поэтому получить интерференционную картину от двух реальных источников практически не удается. Однако, если два световых пучка исходят от одного источника, то возникающие в них флуктуации будут коррелированы, и о таких источниках говорят, что они полностью или частично когерентны в зависимости от того, будет ли эта корреляция полной или частичной. В дальнейшем будет показано, что «степень корреляции» между флуктуациями в двух световых пучках определяет четкость (контраст) интерференционной картины, и, наоборот, последняя определяет степень корреляции.

Существуют два общих метода получения интерферирующих пучков из одного. В одном из них пучок делится, проходя через два близко расположенных отверстия. Такой метод – метод деления волнового фронта −, как будет показано ниже, пригоден только при достаточно малых источниках. В другом методе пучок делится на одной или нескольких частично отражающих и частично пропускающих поверхностях. Этот метод – метод деления амплитуды– может применяться и с протяженными источниками и, следовательно, обеспечивает большую интенсивность интерференционной картины, чем первый. В любом случае, удобно рассматривать отдельно двухлучевую интерференцию и многолучевую интерференцию.