Геометрическая оптика и ее основные законы. Геометрическая оптика

Схема опыта Юнга

Прошедший через отверстие свет вследствие дифракции образует расходящийся пучок, который падает на второй экран B с двумя малыми отверстиями S 1 и S 2, расположенными близко друг к другу на равных расстояниях от S. Эти отверстия действуют как вторичные точечные синфазные источники, и исходящие от них волны, перекрываясь, создают интерференционную картину, наблюдаемую на удаленном экране C. Положение светлых и темных полос в ней можно находить, пользуясь монохроматической идеализацией. Расстояние между соседними полосами равно(см. Интерференция монохроматического света).
Трудности наблюдения интерференции света в таком опыте связаны с тем, что длина волны видимого света очень мала. При см и расстоянии d между отверстиями S1 и S2, равном всего 0,5 мм, ширина интерференционных полос составляет только 1 мм при удалении экрана C на 1 м от отверстий. Измеряя ширину интерференционных полос, Юнг в 1802 г. впервые определил длины световых волн для разных цветов, хотя эти измерения и не были точными.
Введение дополнительного отверстия S (оно необходимо для когерентного возбуждения источников S1 и S2, см Роль конечных размеров источника света) резко уменьшает световой поток, что также затрудняет осуществление этого опыта. Интенсивность наблюдаемой в опыте Юнга интерференционной картины можно заметно увеличить, если вместо точечных отверстий S, S1 и S2 в экранах применить узкие длинные параллельные между собой щели. Вид полос вблизи центра интерференционного поля будет при этом таким же, как при использовании точечных отверстий. Поясним это. Если точечное отверстие S перемещать перпендикулярно плоскости чертежа на рисунке, то интерференционные полосы на экране C, получаемые от точечных отверстий S1 и S2, будут просто смещаться вдоль своих направлений, т.е. также перпендикулярно плоскости чертежа. Поэтому замена отверстия S длинной щелью, т.е. непрерывной цепочкой точечных некогерентных источников, не приведет к ухудшению четкости интерференционных полос, по крайней мере в той области, где их кривизна незначительна. Аналогично, не ухудшит четкости и замена отверстий S1 и S2 на узкие длинные щели, перпендикулярные плоскости чертежа на рисунке.
Увеличение размера первого отверстия или щели S в плоскости чертежа (т.е. увеличение ширины) неизбежно приводит к уменьшению контрастности (видности) интерференционных полос (см. Роль конечных размеров источника света). В современной демонстрационной модификации опыта Юнга в качестве источника света используют лазер. При этом для когерентного возбуждения вторичных источников S1 и S2 необходимость во вспомогательном отверстии S отпадает, так как в лазерном излучении световые колебания когерентны по всему поперечному сечению пучка (высокая пространственная когерентность лазерного излучения), и щели вводят непосредственно в пучок лазерного излучения.