Кохерентни вълни

1. Кохерентност

    Ако фаровете на автомобил се насочат към стена на сграда, тя се осветява равномерно: не се наблюдава интеференция. За да се получи при наслагването на светлинните вълни постоянна във времето интерференчна картина, източниците трябва да се излъчват съгласувано. Това означава, че е необходимо те винаги едновременно да излъчват вълнови  фронтове. Ако излъчването на вълнов фронт от единият източник винаги изпреварва или изостава от излъчването на вълнов фронт от другия източник с точно определен интервал от време Δt, тогава излъчването също е съгласувано. Източници, които излъчват съгласувано, се наричат кохерентни източници, а излъчените от тях вълни - кохерентни вълни.

    Два точкови, идеално монохроматични източника на светлина с една и съща честота  ν  винаги са кохерентни.

         Реалните източници обаче не могат да излъчват съгласувано достатъчно дълго време. При тях съгласуваното излъчване продължава само около 10-8 s. Човешкото око не е в състояние да проследи  толкова бързи изменения, затова интерференция не се наблюдава. Такива източници се наричат некохерентни. Реалните източници на светлина са некохерентни, защото:

         1. Те не са идеално монохроматични, а излъчват в цял спектрален диапазон ( от честота ν  до честота ν + Δν). За някои източници ширината Δν на този диапазон покрива цялата видима област (източници на бяла светлина). Лазерите излъчват в най-тесен спектрален диапазон и се доближават в най-голяма степен до физичния модел „монохроматичен източник’’.

         2. Реалните източници имат крайни размери, т.е. те не са точкови. Всяка малка област от повърхността им може да се разглежда като точков източник, но тези отделни точкови източници са некохерентни.

         Тъй като два реални източника на светлина са некохерентни, за да се наблюдава интерференция на светлината на практика се налага използването само на един източник. Излъчената от него светлина се разделя на два кохерентни снопа, които изминават различни пътища и отново се събират, при което интерферират помеждуси. В опита на Юнг разделянето на слънчевата система на два снопа става с помоща на процепите S1  и S2. Първият екран спроцепа S0 е необходим поради големите размери на Слънцето (или на лампата, с която в учебната лоборатория се демонстрира опитът на Юнг). Ако се осветява директно вторият екран, вторичните източници Sи Sняма да са кохерентни и интерференция не се наблюдава. Първият екран не е нужен при използване на лазер.

2. Интерференция от тънки слоеве

    Освен  чрез пропускане през тесни процепи, както е при опита  на Юнг, съществуват и други методи за разделяне на светлината от един източник на два кохерентни снопа. Това може да стане например чрез отражение (фиг. 5-1). Във всекидневието често наблюдаваме интерференция на слънчева светлина след отражението и от двете повърхности на тънък слой вода, въздух, масло или бензин. Да осветим с монохроматна светлина тънък воден слой (например сапунен мехур). Отразените от горната и от долната повърхност на слоя светлинни вълни са представени с лъчите 1 и 2. Отразените вълни са кохерентни, защото са части от един и същ светлинен сноп.

Фиг. 5-1.

    Разликата в пътищата на двата отрязани лъча (вълни) зависи от ъгъла на падане и от дебелината d на слоя. Ако дебелината на слоя навсякъде е еднаква (d = const), при определени стойности на ъгъла на падане се изпълнява условието за интерференчен максимум - двете отразени вълни взаимно се усилват и слоят изглежда светъл. При други ъгли на падане отразените вълни взаимно се гасят и слоят е тъмен.

         Обикновено отделните участъци на сапунените ципи или на тънките слоеве масло (бензин ) върху мокрия асфалт имат различни дебелини (фиг. 5-2). Когато такива слоеве се оставят с бяла слънчева светлина, интерференчен максимум за различните дължини на вълната се получава в различни части на слоя. Затова върху сапунения мехур или върху мазното петно се наблюдават интерференчни ивици на еднаква дебелина с красиво преливащи се цветове. Например в червено се оцветяват онези участъци от слоя, чиято дебелина отговаря на условието за интерференчен максимум на червената светлина. (Отразените вълни с други дължини на вълната при такава дебелина на слоя частично или напълно се гасят.)

Фиг. 5-2. Снимка: https://mgpz.hit.bg