Способы получения когерентных источников

Найти два точечных когерентных источника практически невозможно. Значительно проще поделить волновой фронт или амплитуду излученной волны. Наиболее распространенными методами получения когерентных источников являются: опыт Юнга, бипризма Френеля, билинза Бийе, «кольца» Ньютона, опыт Поля (с помощью плоскопараллельной пластины).

1. Бипризма Френеля (рис.2) состоит из двух остроугольных призм (с малыми преломляющими углами), сложенных основаниями. Обычно обе призмы имеют очень малые преломляющие углы B и C. В сечении бипризма Френеля представляет собой два равнобедренных треугольника с углом A, близким к 180º, тогда угол при вершине очень мал.

Свет от монохроматического источника S (например, от узкой освещенной щели, перпендикулярной плоскости чертежа) падает на бипризму и преломляется в ней. Угол падения лучей на бипризму мал, вследствие чего все лучи отклоняются бипризмой на одинаковый угол. В результате образуются две когерентные волны, исходящие из мнимых источников S₁ и S₂. В заштрихованной области за бипризмой преломленные пучки интерферируют, в результате чего образуется интерференционная картина, состоящая из светлых и темных полос.

2. Воздушный клин (кольца Ньютона). «Кольца Ньютона» представляют собой один из видов интерференции в тонкой пленке, а именно, полосы равной толщины в виде окружностей. Они получаются при наложении линзы радиуса R выпуклой поверхностью на отражающую стеклянную поверхность меньшей кривизны (например, плоскую). Вблизи места соприкосновения получается слой воздуха, толщина которого сравнима с длиной световой волны. Интерференция возникает в результате наложения лучей 1 и 2, после отражения от пластины и линзы (1¢ и 2¢) (рис.4). Полная разность хода между «усиливающими» друг друга лучами 1 и 2 определяется как ∆» 2d∙ λ /2 (величина разности хода увеличена на λ /2вследствие потери полуволны лучом 2 при отражении от оптически более плотной поверхности на границе раздела воздух – стекло). Толщина воздушного зазора d зависит (рис.4) от расстояния r до точки соприкосновения линзы с пластинкой. Из треугольника АОС (рис. 4) имеем при R > > d. Для точек, в которых выполняется условие , будет наблюдаться максимум интенсивности. Отсюда радиус k - того светлого кольца . Аналогично радиус темного кольца .

На практике кольца Ньютона наблюдают либо невооруженным глазом, помещая его на пути лучей 1 и 2 (рис.4), либо в фокальной плоскости окуляра микроскопа при использовании микроскопа. В отраженном свете в центре интерференционной картины наблюдается темное пятно, которое объясняется тем, что геометрическая разность хода между лучами 1 и 2 в области точки С равна нулю, а полуволна теряется при отражении от оптически более плотной поверхности на границе воздух – стекло.

Измеряя радиусы колец и зная длину волны λ, можно было бы найти по вышеприведенным формулам радиус кривизны линзы и обратно – по известному радиусу кривизны найти длину волны. Однако эти формулы неприменимы для опытной проверки. На поверхности даже очищенного стекла всегда присутствуют пылинки, и линза не примыкает плотно к плоскопараллельной пластинке, между ними имеется незначительный зазор величиной h. Вследствие зазора возникает дополнительная разность хода в 2 h. Тогда условие образования темных колец примет вид или , а радиус k -того темного кольца . На опыте измеряют радиусы темных колец r_k и строят зависимость r ² _kт (k), где k = 2, 3.... и использую следующее соотношение

, (13)

при известной величине λ находят R (или, наоборот, при известном R определяется λ).

В случае, если рассматриваем «кольца» Ньютона в проходящем свете, тогда не будет дополнительной разности хода в 2 h и, следовательно, там где в отраженном свете наблюдались темные кольца в походящем будут белыми и наоборот.