Оптическая разность хода и интерференция двух монохроматических волн

На этой странице представлена модель распространения монохроматических волн от двух когерентных источников излучения: S₁ и S₂

В представленной модели волна от источника S₁ проходит через пластину с показателем преломления n. Если показатель преломления отличен от 1, то скорость распространения и длина волны в пластинке соответственно уменьшаются в n раз. Вторая волна через пластинку не проходит. За счет этого между двумя волнами возникает оптическая разность хода, и, следовательно, — разность фаз волн. Таким образом, модель демонстрирует не только уменьшение длины волны и её скорости распространения при прохождении через оптически более плотную среду, но и возникновение оптической разности хода между двумя волнами.

Изначально два источника S₁ и S₂ испускают волны, имеющие одинаковую частоту, амплитуду и фазу, и, следовательно, являются когерентными. При попадании первой волны в область с показателем преломления отличным от показателя преломления внешней среды, её фазовая скорость распространения и длина уменьшаются, а частота колебаний остается неизменной.
Это можно наблюдать, изменяя положение источника и сопоставляя обе бегущие волны.

После выхода из «голубого прямоугольника», изображающего оптически более плотную среду, обе волны вновь имеют одинаковую частоту, скорость распространения и амплитуду, но оказываются сдвинутыми друг относительно друга по фазе. Вследствие этого может наблюдаться их взаимное усиление или ослабление, обусловленное интерференцией. Это усиление и ослабление изображается при помощи колеблющихся векторов напряженности электрического поля. Для большей наглядности (но без особого физического смысла) оба вектора и результат их суммирования параллельно перенесены в отдельную точку.


Представленная модель может иллюстрировать схему работы интерферометра Релея (см. рисунок). Этот интерферометр используется для определения показателей преломления жидкостей с большой точностью. В нем наблюдается интерференция между двумя когерентными световыми волнами, проходящими через две кюветы с оптическими средами, имеющими различные показатели преломления. Прибор для определения показателя преломления среды называется рефрактометром.

Интерактивная модель "Интерференция и оптическая разность хода"

В данной модели можно изменять следующие величины:

• Амплитуду обеих волн;
• Длину обеих волн в вакууме;
• Показатель преломления пластины;
• Размеры пластины;
• Положение пластины;
• Положения источников;
• Положение экрана (точки в которой наблюдается сложение колебаний);

В модели автоматически вычисляется:

• Результат интерференции — сложения двух волн

Управление интерактивной моделью

Модель разработана при помощи системы динамической математики GeoGebra

Автор: Анухин П.М., преподаватель физики, Аничков лицей
Создано: 12.11.2010
Лицензия: Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0

Скачать модель Данная модель лишь иллюстрирует возникновение оптической разности хода, возникающей при прохождении света сквозь более плотную среду. Эта разность хода лежит в основе объяснения такого интерференционного явления, как кольца Ньютона. В реальных задачах интерференция в подобном опыте не может быть рассмотрена в отрыве от законов электродинамики (выраженных уравнениями Максвелла) и должна учитывать поглощение и отражение света.