Интерференция света
Явление интерференции присуще всем видам волн: звуковым, электромагнитным и другим. Стало быть, если свет обладает волновыми свойствами, то наложение двух пучков света может привести не только к усилению, но и к ослаблению света, или же, другими словами, возникает интерференция света. А значит, совместное действие двух световых пучков может привести к возникновению темноты, или, выражаясь фигурально, свет плюс свет может дать темноту. Опыт подтверждает это заключение.
Получить систему когерентных световых волн можно, если пучок света, исходящий от источника, каким-либо способом расчленить на два пучка и затем оба эти пучка свести вместе, при этом световые пучки проходят различные пути; этим создается разность хода, и при наложении пучки интерферируют.
Существуют разные способы, позволяющие осуществить указанные условия.
В одном из опытов французского физика Френеля пучок света точечного источника разделяется на два пучка при помощи двух зеркал, поставленных друг к другу под углом, близким 180°.
Световые лучи от источника S идут к экрану АА. Прямые лучи не попадают на экран, так как их задерживает перегородка КК.
К экрану от источника S приходят световые волны, которые идут по двум путям различной длины и поэтому опаздывают относительно друг друга. Волны, которые идут от S и отражаются зеркалами I и II, представляют собой две системы когерентных волн SB₁OC₁C₁ и SB₂OC₂C₂, как бы исходящих от источника S₁ и S₂, которые являются ложными изображениями S в зеркалах I и II.
В пространстве ОС₁С₂, чередуются темные и светлые полосы.
Описанный опыт Френеля по наблюдению за таким явлением как интерференция света принципиально прост, однако технически осуществить его трудно.
Расщепление светового пучка на два пучка с последующим наложением друг на друга имеет место и при освещении лучами света тонких пленок. Очень легко наблюдается интерференция света в тонких пленках мыльных пузырей. Получив на проволочной рамке мыльную пленку и осветив ее красным светом от источника, при помощи собирающей линзы спроецируем нашу пленку на экран. На экране изображение пленки вначале кажется равномерно освещенным. Но по мере утончения пленки вследствие стекания воды (сначала в верхних, а затем в других частях ее) появляются чередующиеся горизонтальные темные и красные полосы. При дальнейшем утончении пленки наблюдаемая картина меняется: на месте темных полос появляются красные и наоборот. Аналогичные картины наблюдались бы и при освещении мыльной пленки любым однородным светом. Такие же картины наблюдались бы при освещении пленок других веществ, например нефтяных пленок на поверхности воды.
Какие же явления происходят на мыльной пленке при освещении ее однородным светом? Параллельные лучи света падают на пленку. Отразившись от верхней и нижней ее границ и приобретя при этом разность хода, происходит интерференция света лучей при наложении друг на друга. Если их собрать линзой, то на экране получим ряд светлых полос, который разделен темными промежутками. При освещении пленки белым светом интерференционная картина получается разноцветной. Это есть следствие сложности белого света, в состав которого входят волны различной длины, образующие при интерференции максимумы и минимумы света в различных местах.
Наличие чередующихся светлых и темных полос монохроматического света, а также сплошных спектров в случае освещения белым светом указывает на его волновые свойства.
Самое широкое применение интерференции света нашло в просветлении оптики. Что же это такое?
Свет, который падает на линзу, частично отражается назад; доля отраженного света обычно составляет несколько процентов. Объективы современной оптической техники представляют собой системы линз. В результате отражений на поверхности каждой линзы происходит значительное ослабление света. Для того чтобы уменьшить такой эффект, на поверхность каждой линзы наносят интерференционное покрытие в виде тонкой пленки.
Толщина покрытия подбирается так, чтобы отраженные волны были сдвинуты на полволны и, интерферируя, погасили друг друга. Тогда не будет потерь на отражение, и вся световая энергия пройдет через линзу. Изображение получится более ярким – оптика «просветляется».