На видность інтерференційної картини впливають кутові розміри джерела світла. Умови просторової когерентності дозволяють створювати джерела, що володіють сфокусованим променем.
1. Вплив розмірів джерела на видность інтерференційної картини, просторова когерентність. Радіус когерентності, кут когерентності.
2.Ізмененіе оптичного ходу променя при відображенні.
3.Метод ділення амплітуд. Інтерференція в тонких плівках. Оптична різниця ходу.
2. Джанкола Д. Фізіка.Т.2; М. Світ, 1989
Як ми вже відзначали, поняття часу когерентності має сенс при спостереженні інтерференції світла від джерел, довжини хвиль яких не дуже сильно відрізняються один від одного, тобто коли <<.
Довжина когерентності визначає розмір області екрану, на якій спостерігається інтерференційна картина. Цей розмір області екрану носить назву радіусу когерентності
де - тангенс кута
Надалі кут
З (6.1) випливає, що розмір області, в якій можна спостерігати інтерференцію хвиль, випромінюваних частково-когерентними джерелами, обернено пропорційний кутовому розміру ГРІ. Ця обставина має визначальне значення при розгляді інтерференції когерентних хвиль, що випускаються не точкове, а протяжними джерелами.
Можливість спостерігати інтерференцію когерентних хвиль від протяжних джерел призводить до поняття просторової когерентності електромагнітних хвиль.
Нехай світло від протяжного джерела АВ падає на дві вузькі щілини, за якими знаходиться екран (досвід Юнга). Інтервал частот, що випускаються джерелом, будемо вважати дуже малим, для того щоб ступінь тимчасової когерентності була достатньою для отримання чіткої інтерференційної картини (рис.5.4).
Для виконання умов когерентності, сформульованих для гармонійних хвиль (), розіб'ємо весь протяжний джерело на сукупність точкових. Хвилі, що йдуть від кожної точки джерела на діафрагму з двома щілинами діляться на два когерентних світлових пучка, які на екрані дають інтерференційну картину. З опису інтерференційної картини ми знаємо, що положення інтерференційних смуг залежить від різниці ходу когерентних променів. Розглянемо інтерференційну картину від точкового джерела, розташованого в центрі (див. Рис.6.1).
З малюнка 6.1 видно, що світлові хвилі, що йдуть від центральної точки джерела, интерферирующие на екрані, мають різницю ходу тільки після проходження світлової хвилі через дві щілини. Позначимо цю різницю ходу х. Якщо ми маємо протяжний джерело, то на екрані спостерігаються інтерференційні картини від різних точок джерела. Так як, світлові хвилі від різних точок джерела придбають різниця ходу ще до діафрагми зі щілинами (див. Рис 6.2), то, сумарна різниця ходу між ними визначиться суммой = х + y. Очевидно, що для різних точок джерела центральний максимум буде знаходитися в різних місцях, так як його становище залежить від різниці ходу інтерферуючих хвиль, тобто інтерференційні картини будуть зрушені відносно один одного. Причому, якщо величина зсуву буде відповідати ширині інтерференційної смуги, то мінімум буде накладатися на максимум і інтерференційна картина зникне.
Розглянемо крайні точки джерела, що мають координати
Для точки В різниця ходу буде виглядати наступним чином:
Якщо максимум однієї крайньої точки потрапить на мінімум іншої крайньої точки, то інтерференційна картина зникне, це означає, що в якості умови просторової когерентності можна використовувати наступне
Звідси максимально допустимий розмір джерела, від якого можна спостерігати інтерференційну картину визначається умовою:
де
Зі сказаного випливає висновок, що просторова когерентність електромагнітних хвиль визначається кутовим розміром їх джерела.
Насправді уявлення про електромагнітне випромінювання реальних тіл у вигляді плоскої гармонічної хвилі є абстракцією. Навколишні нас об'єкти повсякденній діяльності мають кінцеві розміри, а ширина спектра їх випромінювання завжди відмінна від нуля, хоча в ряді випадків, наприклад, в лазерах, вона може бути досить малою, щоб вважати її рівною нулю.
З цієї причини в просторі навколо джерела електромагнітних хвиль можна виділити область, усередині якої випромінювання може вважатися когерентним. Обсяг такої області називається об'ємом когерентності Vког і дорівнює добутку довжини когерентності
Зокрема, питання про можливість спостереженні інтерференції хвиль від двох щілин при використанні обраного джерела електромагнітного випромінювання вирішується позитивно, якщо область екрану, на якому розташовані щілини, потрапляє всередину обсягу когерентності джерела випромінювання. Розглянемо з цієї точки зору Сонце, як природне джерело електромагнітного випромінювання. Для природних джерел електромагнітного випромінювання характерно перебіг процесу випромінювання за час 10 -8 сек. За цей час випромінюється цуг електромагнітної хвилі, що представляє собою кінцевий "відрізок" гармонійної хвилі у вигляді синусоїди. Умовно цей цуг хвиль можна уявити що складається з трьох частин. (Рис.6.3) На інтервалах часу іпроісходіт відповідно формування і зникнення цуга хвилі. На інтервалі временіможно вважати випромінювання у вигляді плоскої гармонійної хвилі. З цієї причини оцінкою часу когерентності є.
Роль просторової когерентності світлового випромінювання вперше була усвідомлена Юнгом (1807), який в своїх публічних лекціях вказав спосіб спостереження інтерференції світлових хвиль, випромінюваних Сонцем, на двох щілинах, освітлюваних сонячним випромінюванням, попередньо, пропущеним через малий отвір в додатковому екрані (рис. 6.4) .
Завдяки малому отвору
Чим менше кутовий розмір джерела світла, тим більше радіус просторової когерентності випромінюваного ним світла. Зокрема світло, що випромінюється такими природними джерелами, як зірки з малими кутовими розмірами кутовими розмірами, незважаючи на їх гігантські розміри, на великих відстанях може мати значення радіуса просторової когерентності у багато разів більше, ніж розраховане для Сонця. Для випромінювання лазерів, які є штучними джерелами когерентного випромінювання, характерні значення радіуса просторової когерентності випромінювання у багато разів перевищують значення, характерні для природних джерел, завдяки спеціальним способам формування вихідного пучка випромінюваних світлових хвиль, що має малу кутову розбіжність (
Знання значень довжини когерентності і радіусу просторової когерентності електромагнітного (світлового) випромінювання широко використовується в наукових дослідженнях, в фізико-технічних вимірах, а також на практиці для розрахунку радіоелектронних та оптичних приладів.