Волновая оптика

К основным явлениям волновой оптики относятся интерференция, дифракция, дисперсия и поляризация.

Интерференция — это сложение в пространстве двух или более волн и наблюдение интерференционной картины. Пусть имеется точка в пространстве, в которую из источников и направляют волны. Расстояния между точкой и источниками соответственно и .

В данном случае волны приходят в точку в одинаковой фазе (максимумы и минимумы волн совпадают) и поэтому усиливают друг друга, иными словами происходит их «сложение». Наблюдается явление интерференции и наблюдатель видит яркую вспышку, или интерференционную картину.

Условия интерференции

Явление интерференции обеспечивается выполнением двух условий:

• Частоты источников одинаковы
  Если частоты источников разные, то они не дополнят друг друга, а значит устойчивой интерференционной картины не получится.
• Разность фаз источников постоянна.

Если оба условия выполняются, то источники называют когерентными.

Условия максимума и минимума

Ниже приведены условия максимума и минимума для ситуации, когда разность фаз между источниками равна 0.

• Условие максимума

  

  где —- разность хода волн, —- целое число длин волн, или порядок интерференционного максимума.
  Максимум интенсивности при интерференции наблюдается тогда, когда оптическая разность хода равна целому числу длин волн, или четному числу длин полуволн.

• Условие минимума

  

  Минимум интенсивности при интерференции наблюдается тогда, когда оптическая разность хода равна нечетному числу длин полуволн.

Дифракция — это отклонение волн от прямолинейного распространения и огибание волнами препятствий. Стоит отметить, что волна может огибать не все препятствия. Размер препятствия должен быть сопоставим с длиной волны.

Принцип Гюйгенса - Френеля: каждая точка, до которой доходит волна, является источником вторичных волн; вторичные волны при наложении интерферируют друг с другом. Первая часть принципа была сформулирована голландским физиком Христианом Гюйгенсом. Вторую часть принципа дополнил французский физик Огюстен Жан Френель.

Дифракционная решетка

Имеются два отверстия, источник света и волна. По принципу Гюйгенса-Френеля два отверстия тоже являются источниками. Будучи когерентными, они создают на экране интерференционную картину. Наблюдаются главные интерференционные максимумы (на рисунке — красные точки), между которыми наблюдаются интерференционные минимумы.

Пусть угол — малый угол. Тогда разность между пройденными расстояниями равна или:

Откуда формула дифракционной решетки:

В действительности дифракционная решетка имеет множество отверстий, расстояние между которыми — период решетки. Чтобы рассчитать это расстояние, можно воспользоваться формулой:

где — общее расстояние, — количество штрихов.