Колебания и волны

доцент к. ОФ ЕНМФ ТПУ

на природу света
Сегодня: *
7.2 Интерференция световых волн
7.3 Опыт Юнга
7.4 Когерентность

7.5 Методы наблюдения интерференции

7.6 Интерференция в тонких пленках

7.7 Применение интерференции света

известны ещё с древних времен. Так, Платон (430 г. до

легко вывел законы отражения и преломления света (рисунок 7.1):

;

(отношение синуса угла падения к синусу угла преломления – величина

к скорости света в вакууме с).

Рисунок 7.1 Рисунок 7.2

Таким образом, Ньютон утверждал, что скорость света в веществе больше скорости света в вакууме.

свою очередь центром вторичных волн; поверхность, огибающая в некоторый момент

в 1678 г. волновую теорию света, объяснил двойное лучепреломление. Усовершенствовал

Гюйгенс Христиан (1629 – 1695), нидерландский ученый. В 1665 – 81 гг. работал в Париже. Изобрел (1657 г.) маятниковые часы со спусковым механизмом, дал их теорию, установил

Родился в Бомон-де-Ломань. Получил юридическое образование. С 1631 г. был

большинстве к оптике, где он установил (примерно в 1662 г.) основной принцип геометрической оптики (принцип Ферма). Аналогия между принципом Ферма и вариационными принципами механики сыграла значительную роль в развитии современной динамики и теории оптических инструментов.

по пути, для прохождения которого необходимо наименьшее время.

Парижской академии наук (10.V.1788 - 14.VII.1827) - французский физик, член

ГюйгенсаГюйгенса, введя так называемые зоны Френеля (принцип Гюйгенса - Френеля). Разработал в 1818 году теорию дифракции светаГюйгенса, введя так называемые зоны Френеля (принцип Гюйгенса - Френеля). Разработал в 1818 году теорию дифракции света. Член Лондонского королевского общества (с 1825 года).

- профессор Мюнхенского университета. Научные работы относятся к физической оптике

ахроматических линз. Фраунгофер изучал дифракцию в параллельных лучах (так называемая дифракция Фраунгофера) сначала от одной щели, а потом от многих. Большой заслугой учёного является использование(с 1821 года) дифракционных решетоклинз. Фраунгофер изучал дифракцию в параллельных лучах (так называемая дифракция Фраунгофера) сначала от одной щели, а потом от многих. Большой заслугой учёного является использование(с 1821 года) дифракционных решеток для исследования спектров (некоторые исследователи считают его даже изобретателем первой дифракционной решетки).

Эдинбургского королевского общества (с 1855 года) и Лондонского королевского общества

лабораториялаборатория в Кембридже, которую и возглавлял до конца жизни. Научные труды посвящены электродинамикелаборатория в Кембридже, которую и возглавлял до конца жизни. Научные труды посвящены электродинамике, молекулярной физикелаборатория в Кембридже, которую и возглавлял до конца жизни. Научные труды посвящены электродинамике, молекулярной физике, общей статистикелаборатория в Кембридже, которую и возглавлял до конца жизни. Научные труды посвящены электродинамике, молекулярной физике, общей статистике, оптикелаборатория в Кембридже, которую и возглавлял до конца жизни. Научные труды посвящены электродинамике, молекулярной физике, общей статистике, оптике, механикелаборатория в Кембридже, которую и возглавлял до конца жизни. Научные труды посвящены электродинамике, молекулярной физике, общей статистике, оптике, механике, теории упругостилаборатория в Кембридже, которую и возглавлял до конца жизни. Научные труды посвящены электродинамике, молекулярной физике, общей статистике, оптике, механике, теории упругости. Самым большим достижением Максвелла является созданная им в 1860-1865 годах теория электромагнитного полялаборатория в Кембридже, которую и возглавлял до конца жизни. Научные труды посвящены электродинамике, молекулярной физике, общей статистике, оптике, механике, теории упругости. Самым большим достижением Максвелла является созданная им в 1860-1865 годах теория электромагнитного поля, которую он сформулировал в виде системы нескольких уравнений, выражающих все основные закономерности электромагнитных явлений.

Парижской академии наук (с 1809 года), с 1830 года -

астрономии, физике, математике, метеорологии. Автор многих открытий в области оптики и электромагнетизма. По указаниям Араго французские физики И.Физоастрономии, физике, математике, метеорологии. Автор многих открытий в области оптики и электромагнетизма. По указаниям Араго французские физики И.Физо и Ж. Фукоастрономии, физике, математике, метеорологии. Автор многих открытий в области оптики и электромагнетизма. По указаниям Араго французские физики И.Физо и Ж. Фуко экспериментально измерили скорость света, а французский астроном У. Леверьеастрономии, физике, математике, метеорологии. Автор многих открытий в области оптики и электромагнетизма. По указаниям Араго французские физики И.Физо и Ж. Фуко экспериментально измерили скорость света, а французский астроном У. Леверье теоретически, "на кончике пера", открыл планету Нептунастрономии, физике, математике, метеорологии. Автор многих открытий в области оптики и электромагнетизма. По указаниям Араго французские физики И.Физо и Ж. Фуко экспериментально измерили скорость света, а французский астроном У. Леверье теоретически, "на кончике пера", открыл планету Нептун. Араго с 1829 года член Петербургской академии наук.

физик, член Парижской академии наук (с 1812 года). Физические
исследования относятся

колебаний и волн и ее приложением к объяснению ряда оптических

1849 г. А. Физо измерил скорость света и рассчитал

, что совпало с

экспериментом;

1848 г. М. Фарадей открыл вращение плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея);
1860 г. Дж. Максвелл основываясь на открытии Фарадея пришел к выводу, что свет есть электромагнитные, а не упругие волны;

поле распространяется со скоростью света с;
1899 г. П.Н.

абсолютно черного тела можно объяснить, если предположить, что свет излучается

ν – частота, h – постоянная Планка.

, где

физику у Густава Кирхгофа и Германа Гельмгольца в Мюнхенский университете.

Вильгельма (теперь Институт Макса Планка) и занимал этот пост до конца жизни. В 1900 г. в работе, посвященной равновесному тепловому излучению, Планк впервые ввел предположение о том, что энергия осциллятора принимает дискретные значения, пропорциональные частоте колебаний, чем положил начало квантовой физики. Также Макс Планк внес большой вклад в развитие термодинамики.

на основе представления о световых частицах – «квантах» света, «фотонах»,

Это соотношение связывает корпускулярные характеристики излучения – массу и энергию кванта – с волновыми – частотой и длиной волны.
Работы Планка и Эйнштейна явились началом развития квантовой физики.

длина световой волны стремится к нулю.
Простейшие оптические явления,

обнаружение методов генерации вынужденного излучения атомов и молекул – создание

обнаруживают себя в интерференции и дифракции.
Пусть две

одной прямой

(7.2.1)
Если разность фаз колебаний возбужденных волнами

Для некогерентных источников интенсивность результирующей волны всюду одинакова и,

(7.2.2)
Последнее слагаемое в этом выражении
называется
интерференционным членом.

В точках

,

(в максимуме

), где

, интенсивность

тела слагается из волн, испускаемыми многими атомами. Фазы каждого цуга

Процесс излучения одного атома длится примерно

с. При этом, длина цуга

В одном цуге укладывается примерно

длин волн.

фаз двух когерентных волн


– оптическая разность хода,
L –

(7.2.3)
условие интерференционного максимума.
Если оптическая разность хода
(7.2.4)
то
(7.2.4) условие интерференционного

преломления среды – n.

наблюдаться в случае, если
(m = 0, 1, 2, …), (7.3.2)

а минимумы – в случае, если

(7.3.3)

(7.3.4)

ширина интерференционной полосы.

от него располагаются максимумы (минимумы) первого
,
(
), второго (
) порядков, и

когерентность, т.е. согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных

время когерентности
немонохроматической волны.
За промежуток времени
разность

изменится на π.

Время когерентности – время, по истечению которого разность фаз волны в некоторой, но одной и той же точке пространства, изменяется на π.

одного атома) – расстояние между точками, разность фаз в которых

Когерентность колебаний которые совершаются в одной и той же точке пространства, определяемая степенью монохроматичности волн, называется временнóй когерентностью.

называются пространственно-когерентными. Радиусом когерентности (или длиной пространственной когерентности) называется максимальное,

во многих отношениях наблюдать проще, чем в опытах с делением

интерферометр Майкельсона
Рисунок 7.11
интерференционные полосы равного наклона.

полосы окрашены. Поэтому такое явление называют цвета тонких пленок. Его

Кольцевые полосы равной толщины, наблюдаемые в воздушном зазоре
между соприкасающимися выпуклой

если одно из зеркал з1 или з2 (рисунок 7.11) отклонить

Рисунок 7.11

рассеянным светом в котором
содержаться лучи разных направлений. Полосы равной толщины

)

параллельным пучком света.

зависит от длины волны и разности хода лучей, позволяет по

неоднородности среды (в т.ч. фазовые), в которой распространяются волны, или

• Явление интерференционных волн, рассеянных от некоторого объекта (или прошедших через него), с «опорной» волной лежит в основе голографии (в т.ч. оптической, акустической или СВЧ-голографии).

сложных излучающих систем (антенн) для электромагнитных и акустических волн.
• Просветление

Рисунок 7.15

зеркала используются в лазерных резонаторах) надо нанести 11 – 13