Интерферометры - Захарьевский А.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Опыт Юнга состоит в следующем. Весьма малый источник света, например, отверстие «точечной» диафрагмы D1, на которое спроектирована нить лампочки накаливания S (фиг. 89), по отношению к
§ 11. Опыт Юнга. Дифракция от двух щелей
P
8
Фиг. 89. Опыт Юнга.
125 диафрагме D2 можно считать самосветящейся точкой — центром сферических световых волн. Диафрагма D2 имеет два близких друг к другу отверстия L1 и L2. Эти отверстия настолько малы, что вследствие дифракции из них выходят конусы лучей, которые отчасти перекрывают друг друга. Интерференционные явления наблюдаются в части пространства, заштрихованной на фиг. 89, и могут быть приняты на экран или фотопластинку или рассматриваться через лупу так же, как и полосы в опыте Френеля.
Если допустить, что отверстия S\ L1 и L2 весьма (бесконечно) малы, то к этой схеме можно приложить те же рассуждения, что и к схеме зеркал Френеля. Точки L1 и L2 являются когерентными источниками света. Когерентность здесь объясняется тем, что L1 и L2 принадлежат одной и той же световой волне, падающей на диафрагму D2 от светящейся точки S'. Как было указано на стр. 27, в таком случае получаются прямолинейные и равноотстоящие друг от друга полосы, перпендикулярные к плоскости чертежа. Если угол
L1PL2 равен Wj то ширина полос по формуле (46) равна е= —. При
W
равной величине отверстий L1 и L2 мы имеем два когерентных источника одинаковой интенсивности, для которых распределение освещенности на экране В соответствует графику фиг. 16.
Допустив, что плоскость диафрагмы D2 перпендикулярна к осевой линии S'P, мы найдем, что в точке P разность хода лучей равна нулю: S=^L1+L1P]—[S'L2+L2P] = 0. Следовательно, в данной схеме интерференция может быть получена как в монохроматическом, так и в белом свете. Однако надо указать, что в действительности такого строгого расположения диафрагмы D2 не требуется.
Вместо точек S', L1 и L2 можно взять весьма узкие щели прії условии, чтобы все три щели были лараллельны друг другу. При увеличении ширины щелей L1 и L2 углы конусов дифрагированных лучей уменьшаются и размеры области перекрытия, в которой наблюдается интерференция, сокращаются. При увеличении же ширины щели D1 падает контраст интерференционной картины.
Схема опыта отличается крайней простотой и может быть осуществлена на практике следующим образом. В листочке фольги прокалывают иглой два малых отверстия диаметром V4—Va мм на расстоянии не больше 1 мм (см. стр. 57) друг от друга. Если смотреть через полученную таким образом диафрагму D2 с расстояния 3—5 м на нить лампочки накаливания, то эта нить представляется в виде нескольких интерференционных полос.
Отличия схемы Юнга от прочих интерференционных схем таковы. Самосветящийся источник света расположен в плоскости Dlt в то время как во всех предыдущих схемах источник света проектировался в плоскость выходных зрачков L1 и L2. Однако, как было сказано на стр. 48, это обстоятельство не имеет значения. В самом деле, изменив положение линзы О, можно было бы спроектировать светящееся тело S на плоскость диафрагмы D2 и этим устранить указанную разницу. При этом опыт показывает, что интерференция не зависит от положения линзы О. Более существенное отличие состоит
126 в том, что выходные зрачки L1 и L2 в пространстве изображений образуются только за счет введения диафрагмы D2. Ширина полос зависит от расстояния между отверстиями L1 и L2, а ориентировка полос — от ориентировки диафрагмы D2. Если удалить диафрагму D2, то интерференционных явлений не получается. В ранее рассмотренных схемах пространство изображений не имело подобных диафрагм, и выходными зрачками являлись два изображения одного входного зрачка. Это условие было особо оговорено на стр. 48 и поэтому некоторые выводы общей теории (§ 5) неприложимы к схеме Юнга. Свойства схем, вытекающих из опыта Юнга, будут здесь рассмотрены, как это принято в курсах физики, исходя из дифракции света.
2. Явление дифракции от прямоугольного отверстия (щели) обычно разъясняется на примере зрительной трубы Т, перед объективом
которой установлена диафрагма L с прямоугольным вырезом (фиг. 90). Дифракционное изображение светящейся точки имеет вид светлого пятна, пересеченного прямыми темными линиями, как это изображено на фиг. 90,Б. Угловые размеры пятна и элементов его дифракционной структуры зависят только от размеров отверстия и от увеличения трубы Г.
Дифракционные полосы в пятне получаются следующим образом. Плоская волна W (фиг. 91) падает на отверстие L, отдельные точки которого рассматриваются далее как самостоятельные источники света, излучающие свет во всевозможных направлениях и когерентные друг другу. Лучи, идущие по направлению а=0, не имеют разности хода и соединяются в фокусе объектива трубы в центре дифракционного пятна, где и получается максимальная освещенность. По направлению Oc1, для которого выполнено равенство
Ci1= —, амплитуда результирующего колебания равна нулю, что
соответствует темной полосе в фокусе объектива. По направлению 21
а2= — результирующая амплитуда вторично становится равной P
