Интерференция волн – материал по физике PSE

Например, при суперпозиции двух механических волн смещение частицы в упругой среде равно сумме смещений, вызванных отдельно каждой волной. Когда две электромагнитные волны накладываются друг на друга, напряженность электрического поля в данной точке равна сумме напряженностей в каждой волне (и то же самое для индукции магнитного поля).

Теперь мы рассмотрим взаимодействие двух волн. Природа волновых процессов не имеет значения – это могут быть механические волны в упругой среде или электромагнитные волны (особенно свет) в прозрачной среде или в вакууме.

Опыт показывает, что волны складываются друг с другом в следующем смысле.

Принцип суперпозиции. Если две волны пересекаются в определенной области пространства, они порождают новый волновой процесс. В этом случае значение колеблющейся величины в любой точке данной области равно сумме соответствующих колеблющихся величин в каждой волне в отдельности.

Например, при наложении двух механических волн смещение частицы в упругой среде равно сумме смещений, вызванных отдельно каждой волной. При суперпозиции двух электромагнитных волн напряженность электрического поля в данной точке равна сумме интенсивностей в каждой волне (и то же самое для индукции магнитного поля).

Конечно, принцип суперпозиции действителен не только для двух волн, но и вообще для любого числа наложенных друг на друга волн. Результирующие колебания в данной точке всегда равны сумме колебаний, производимых каждой волной в отдельности.

Мы ограничимся рассмотрением суперпозиции двух волн одинаковой амплитуды и частоты. Этот случай является наиболее распространенным в физике и особенно в оптике.

Оказывается, что амплитуда результирующего колебания сильно зависит от разности фаз складывающегося колебания. В зависимости от разности фаз в данной точке пространства две волны могут либо усиливать друг друга, либо полностью аннулировать!

Предположим, например, что в определенный момент фазы колебаний в наложенных друг на друга волнах совпадают (рис.1).

Рис.1. Волны в фазе: усиление колебаний

Мы видим, что максимумы красной волны попадают точно на максимумы синей волны, а минимумы красной волны попадают на минимумы синей волны (левая часть рисунка 1). Когда красная и синяя волны выравниваются по фазе, они усиливают друг друга, создавая колебания с вдвое большей амплитудой (правая часть рис. 1).

Теперь сдвиньте синюю синусоиду относительно красной на половину длины волны. Тогда максимумы синей волны будут совпадать с минимумами красной волны и наоборот, минимумы синей волны будут совпадать с максимумами красной волны (рис. 2, слева).

Рис. 2 Волны в противофазе: демпфирование колебаний

Колебания, вызванные этими волнами, как говорят, происходят в противофаза – Разность фаз колебаний составит . Результирующее колебание будет равно нулю, т.е. красная и синяя волны просто погасят друг друга (рис. 2, справа).

Физическое понятие когерентности – это серия согласованных по времени колебаний или волн, которые проявляются при их сложении. Колебание считается когерентным, если его отдельные фазы постоянны во времени. Сумма колебаний имеет ту же частоту, что и каждое отдельное колебание. Таким образом, когерентные источники света работают на основе двух синусоидальных колебаний одинаковой частоты.

Когерентные источники света

Благодаря когерентности прохождение колебательных волн синхронизируется в разных точках пространства. В этом случае разность фаз между двумя точками не зависит от времени. Если этого не происходит, то нет и согласованности. Это происходит, когда генерация волны осуществляется не одним излучателем, а несколькими одинаковыми, но независимыми излучателями.

Таким образом, когерентность – это упорядоченная структура света. Световое поле представляет собой почти идеальную гармоническую волну. Типичным примером является лазерное излучение, которое принципиально отличается от других источников света. Источники когерентного света широко используются в голографии, оптической связи, записи и обработке информации. Они позволяют создавать специфические структуры оптических изображений и световых полей, передавать световую энергию на расстояния и концентрировать ее в пространстве и времени.

Интерференция тесно связана с понятием когерентности. Когда свет интерферирует, при наложении световых лучей возникает картина чередующихся светлых и темных полос. Само явление основано на волновой природе света.

Интерференция может значительно улучшить качество оптических устройств за счет просветления оптики. Кроме того, получаются покрытия с высокими отражающими свойствами. На практике это явление используется в современных объективах с большим количеством линз. Поэтому часто происходит значительная потеря светового потока, что ослабляет интенсивность света и уменьшает апертуру всей оптической системы. Кроме того, свет, отраженный от поверхностей, может вызывать блики, что очень нежелательно в военных транспортных средствах.

Эти проблемы обычно можно решить путем нанесения покрытия на оптику. На поверхности линзы осаждаются тонкие слои, которые имеют более низкий показатель преломления, чем сама линза. Это сглаживает волны и делает световой поток более стабильным.

Волны от этих источников также называются слаженный.

См. также

Фонд Викимедиа . 2010 .

Смотреть что такое “когерентные волны” в других словарях

когерентные волны – Волны, разность фаз которых не зависит от времени. [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения (справочник). Москва 2003] Темы Виды (методы) и технология неразрушающего контроля … Руководство технического переводчика

когерентные волны – koherentinės bangos statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. coherent waves vok. kohärente Wellen, f rus. coherent waves, f pranc. ondes cohérentes, f … Fizikos terminų žodynas

когерентные волны – (Когерентные волны) волны одинаковой частоты, колебания которых отличаются постоянной разностью фаз, не изменяющейся со временем … Русский указатель к Англо-русскому словарю музыкальной терминологии

когерентные световые волны – Световые волны с постоянной разностью фаз колебание света в течение определенного периода времени. [Сборник рекомендуемых терминов. 79-е издание Физическая оптика. Академия наук СССР. Комитет научно-технической терминологии. 1970] Topics……… Руководство технического переводчика

WAVES – (1) (см.), распространяющийся с конечной скоростью в пространстве и несущий энергию, не неся материи; (2) проявление В. де Бройлем движения любой микрочастицы и отражающее одновременное сочетание волновых и корпускулярных свойств….. … Большая политехническая энциклопедия

электромагнитные волны – Электромагнитное поле, распространяющееся через пространство с конечной скоростью, которая зависит от свойств среды. В вакууме скорость электромагнитной волны составляет c≈300 000 км/с (см. скорость света). В однородных изотропных средах направления … … Энциклопедический словарь

Когерентность – (от лат. cohaerens – находящийся в общении) согласованное протекание во времени нескольких колебательных или волновых процессов, проявляющееся в их суммировании. Колебание называется когерентным, если его разность фаз остается постоянной…..

Помехи (физические) – Интерференционное изображение двух когерентных круговых волн в зависимости от длины волны и расстояния между источниками Интерференция волн – это суперпозиция волн, при которой происходит взаимное усиление в одних точках пространства и ослабление в других….. … Википедия

Интерференция волн – Это статья об интерференции в физике. См. также Интерференция и Интерференция света Интерференционное изображение большого числа когерентных круговых волн, зависящее от длины волны и расстояния между источниками Интерференция взаимных волн … Википедия

Интерференция (физика) – Это статья об интерференции в физике. См. также Интерференция (неоднозначность) и Интерференция света Интерференционное изображение двух когерентных волн с круговой формой, зависящей от длины волны и расстояния между источниками Интерференция волн – это нелинейное явление,… …Википедия

Волна от источника света расщепляется из-за преломления в двух половинках бипризмы. Результирующие волны 1 и 2 исходят от двух воображаемых источников S1 и S2 и являются когерентными, поэтому в заштрихованной области наблюдается интерференция..

Интерференция света в тонких пленках. Осветительная оптика.

Различные цвета тонких пленок обусловлены интерференцией двух волн, отраженных от нижней и верхней поверхностей пленки. При отражении от верхней поверхности пленки теряется половина волны.

Если параллельный пучок монохроматического излучения падает под определенным углом на тонкую плоскопараллельную пластину, то в отраженном свете пластина кажется светлой или темной.

Если пластина освещается белым светом, то выполняются условия максимума и минимума для отдельных длин волн, пластина становится цветной, а цвета в отраженном и проходящем свете дополняют друг друга до белого.

Когда монохроматический свет падает на пластину разной толщины, каждое значение l соответствует разным интерференционным условиям, так что пластину пересекают светлые и темные линии (полосы) – линии одинаковой толщины. Так, в клине это расположение параллельных линий (рис. 19.6), в воздушном зазоре между линзой и пластиной – кольца (кольца Ньютона).

При освещении пластины переменной толщины белым светом получаются разноцветные пятна и линии: цветные мыльные пленки, масляные и нефтяные пленки на поверхности воды, радужные цвета крыльев некоторых насекомых и птиц. В этих случаях полная прозрачность пленки не требуется.

Покрытие оптических поверхностей специальными пленками называется просветленной оптикой, а оптические системы с такими покрытиями называются просветленная оптика.

Покрыв поверхность стекла несколькими специально подобранными пленками, можно создать отражающий светофильтр, который пропускает или отражает излучение в определенном диапазоне длин волн путем интерференции.

· Использование бипризмы Френеля:

Методы производства когерентных источников света

Когерентные источники света – это источники света, которые имеют постоянную разность фаз во времени, согласованное прохождение нескольких колебательных или волновых процессов, степень которых различна.

Существует множество способов получения когерентных источников света, но суть одна и та же. При разделении луча на две части создаются два воображаемых источника света, создающие когерентные волны.

Интерференция света – это суммирование двух или более световых волн одинакового периода, сходящихся в одной точке, что приводит к увеличению или уменьшению амплитуды результирующей волны. Для получения стабильной интерференционной картины составные волны должны быть когерентными. Когерентные волны – это волны с одинаковой частотой (периодом) и постоянной разностью фаз во времени. Чтобы получить когерентные волны, необходимо разделить световую волну от одного источника на две или более волны. Пройдя по разным путям, эти волны, имеющие определенную разницу в пути, интерферируют.

Методы расщепления волн:

· Использование бипризмы Френеля:

Волна, исходящая от источника света, разделяется из-за преломления на две половины двулучепреломления. Результирующие волны 1 и 2, по-видимому, исходят от двух мнимых источников S1 и С2 и когерентны, поэтому в заштрихованной области наблюдается интерференция.

Свет, проходящий через узкое отверстие S, попадает на экран с двумя отверстиями S1 и С2 и распадается на две когерентные волны, так что в затененной области возникает интерференция, а на экране появляется интерференционная картина.

2 Вывод выражения для расстояния l между мнимыми исходными изображениями в случае бипризматичности.

Бипризма Френеля – это две симметричные призмы из одного куска стекла с общим основанием и малым углом преломления G≈1°. На расстоянии L1 бипризмы является источник света S. Можно показать, что в этом случае, если угол преломления призмы мал и падающие лучи имеют малые углы, все лучи отклоняются призмой на почти одинаковый угол ϕ, равный

где n – показатель преломления стекла, из которого изготовлена призма, α – угол преломления каждой половины бипризмы. Поэтому мнимые изображения S1 и С2 точечного источника S лежат в одной плоскости с ним. Таким образом, две когерентные волны, исходящие от мнимых источников S1 и С2. Расстояние d между мнимыми источниками равно:

где L1 – расстояние между источником S и бипризматическим измерительным устройством. Таким образом, sin ϕ≈ϕ (поскольку угол ϕ достаточно мал), то:

Источники когерентного белого света, расстояние между которыми составляет 0 32 мм, имеют форму узких щелей. Экран, на котором наблюдается интерференция света от этих источников, находится на расстоянии 3 2 м. [10]

Большая энциклопедия нефти и газа.

Когерентные источники света можно получить, разделив пучок света, испускаемый каждым атомом одного источника, на две части и заставив эти две части перекрываться после прохождения путей разной длины. Тогда на каждое волнообразное цунами в одной части будет одно такое же цунами в другой части, и они смогут взаимопроникать друг в друга. Кроме того, разность путей не должна быть слишком большой (не более 1 м), чтобы каждая когерентная волна излучения из первой части могла встретить аналогичную когерентную волну из второй части и время их суперпозиции было достаточным для наблюдения интерференции. [6]

Идеальный когерентный источник излучает свет ровно на одной частоте. Настоящий лазер излучает спектр колебаний – спектральную линию, в которой присутствуют несколько частот. [7]

Источники когерентных колебаний могут быть реализованы, например, следующим образом: Возьмем точечный источник S (рис. 274), от которого распространяется сферическая волна. На пути волны находится барьер BB с двумя точечными отверстиями st и sa, расположенными симметрично относительно источника S. Согласно принципу Гюйгенса, отверстия s4 и sa становятся независимыми источниками колебаний, более того, они колеблются с одинаковой амплитудой и в одинаковых фазах, поскольку их расстояния от источника S одинаковы. [9]

Источники когерентного белого света, расположенные на расстоянии 0 32 мм друг от друга, имеют форму узких щелей. Экран, на котором наблюдается интерференция света от этих источников, находится на расстоянии 3 2 м. [10]

Когерентные источники белого света, расстояние между которыми составляет 0 32 мм, имеют форму узких щелей. Экран, на котором наблюдается интерференция света от этих источников, находится на расстоянии 3 2 м от них. [11]

Когерентные источники белого света, расстояние между которыми составляет 0 32 мм, имеют форму узких щелей. Экран, на котором мы наблюдаем интерференцию света от этих источников, находится на расстоянии 3 2 м от них. [12]

Когерентные источники белого света, расстояние между которыми составляет 0 32 мм, имеют форму узких щелей. Экран, на котором мы наблюдаем интерференцию света от этих источников, находится на расстоянии 3 2 м от них. [13]

Когерентные источники белого света на расстоянии 0 32 мм выглядят как узкие щели. Экран, на котором наблюдается интерференция света от этих источников, находится на расстоянии 3 2 м. [14]

Когерентные источники белого света, расстояние между которыми составляет 0 32 мм, имеют форму узких щелей. Экран, на котором наблюдается интерференция света от этих источников, находится на расстоянии 3 2 м от них. [15]

Читайте далее:
Сохранить статью?