Интерференционные опыты по методу деления волнового фронта (метод пригоден лишь при достаточно малых размерах источника).

1.     Опыт Юнга: Лишь в XIX в. (1802 г.) английский ученый Томас Юнг (1773-1829) усовершенствовав условия опыта Гримальди (1665) с двумя щелями, получил стационарную картину интерференции и впервые измерил длину волны света. В пучок света Юнг ввел дополнительную щель , что сильно уменьшило угловые размеры источника и обеспечило когерентное освещение двух основных щелей  и . Вследствие дифракции на щелях происходит расширение световых пучков, что позволяет им перекрываться. Область, в которой волны перекрываются, называется полем интерференции. Интерференционная картина (область ) наблюдается на экране , расположенном на некотором расстоянии параллельно   и .   и  делят фронт волны от щели  на части, они играют роль вторичных когерентных источников. Недостаток этого метода: введение дополнительной щели резко уменьшает используемый световой поток, что затрудняет осуществление опыта. Интенсивность наблюдаемой картины можно увеличить, если вместо точечных отверстий , применить узкие, длинные, параллельные между собой щели. Однако ширина щелей  и  должна быть гораздо меньше, чем расстояние между ними. Рэлей предложил получать щели нанесением полос с помощью бритвы на стеклянной пластинке, покрытой тонким слоем серебра. При использовании обычных источников света в интерференционной картине , . При больших размерах щели  видность  уменьшается. При использовании лазера дополнительную щель  можно не ставить. , .

2.     Зеркало Ллойда(1800-1881): расходящийся под небольшим углом пучок света от протяженного источника  - обычно ртутная лампа – падает на отражающую поверхность – плоское металлическое зеркало. Часть волнового фронта падает непосредственно на экран , установленный перпендикулярно зеркалу, другая после отражения от этого зеркала. В области пересечения фронтов под углом, близким к прямому наблюдается интерференция. Источником когерентных волн является источник  и его мнимое изображение в зеркале . Угол между лучами, исходящими из источника и встречающимися в одной и той же точке интерференционной картины, называется апертурой интерференции . Апертура интерференции зависит от того, для какого места на экране исследуется интерференция. Она тем меньше, чем ближе это место к центру поля (к плоскости зеркала). Вследствие этого получается разная четкость интерференционной картины на различных участках экрана. С возрастанием расстояния от зеркала , т.е. с ростом апертуры  качество интерференционной картины ухудшается, вплоть до исчезновения. Поэтому для точек экрана близких к плоскости зеркала, можно пользоваться сравнительно широкими источниками, и установка получается достаточно светосильной. В точке  будет min т.к. при отражении происходит потеря .

3.     Бизеркала Френеля:  Огюстен Жанн Френель (1788-1827) – французский физик. Другой интерференционный опыт аналогичный опыту Юнга, но в меньшей степени осложненный явлениями дифракции и более светосильный был осуществлен Френелем в 1816 г. Две когерентные световые волны получались в результате отражения падающего расходящегося пучка от двух зеркал, плоскости которых наклонены под очень малым углом  друг к другу. Источником служит узкая, яркоосвещенная щель  , параллельная ребру между зеркалами. Отраженные от зеркал пучки когерентны, падают на экран , и в той области, где они перекрываются, возникает интерференционная картина (область ) в виде параллельных интерференционных полос, параллельных щели. От прямого попадания лучей от источника  экран защищен непрозрачной ширмой. Для расчета освещенности  экрана можно считать, что интерферирующие волны испускаются вторичными источниками  и , представляющими собой мнимые изображения щели в зеркалах. Угловое расстояние между  и  равно . , и  лежат на окружности радиуса  с центром в точке соприкосновения зеркал. Максимальный угол расхождения перекрывающихся пучков не может быть больше . Апертура перекрывающихся пучков и апертура интерференции  имеют одинаковое значение  и зависят от величины . Т.к.  очень мал, т.е.  - мало, то можно получить широкие интерференционные полосы. Ширина интерференционной полосы на экране: . Область перекрытия: , максимальное число полос: . Недостатки данного метода: бизеркала Френеля не могут обеспечить большие размеры интерференционной картины; обеспечить малый угол  между зеркалами  трудно; на ребре пересечения зеркал возникает дифракция, искажающая интерференционную картину; яркость все же не велика.

4.     Бипризма Френеля: состоит из двух одинаковых сложенных основаниями стеклянных призм с малыми преломляющими углами  и показателями преломления . Источником является ярко освещенная узкая щель, установленная строго параллельно преломляющему ребру бипризмы. Свет от источника преломляется в обеих призмах, в результате чего за бипризмой распространяются световые лучи, как бы исходящие из мнимых источников  и , являющихся когерентными. Интерференционная картина на экране представляет собой систему параллельных интерференционных полос. Т.к. каждая призма отклоняет лучи на угол , ширина интерференционной полосы: . Область перекрытия: . Осуществить опыт с бипризмой легче, чем с зеркалам, но искажения вносимые дифракцией на ребре бипризмы более существенны. Другие недостатки и достоинства те же. Максимальное число наблюдаемых полос: .

5.     Билинза Бийе: собирающая линза разрезается по диаметру и половинки линзы разводятся на некоторое расстояние. Промежуток между разведенными линзами закрывается непрозрачным экраном. Падающие лучи от щели , параллельной плоскости разреза, проходят через действительные изображения  и  и дальше перекрываются, образуя интерференционное поле. Если щель  поместить между билинзой и ее фокальной плоскостью, то изображения  и  будут мнимыми. В этом случае интерференционная картина не возможна, т.к. световые лучи не перекрываются. В этом случае, чтобы получить интерференцию, нужно из центральной части линзы вырезать плоскопараллельный кусок стекла, и обе половинки линзы сблизить.

6.     Опыт Меслина: является видоизменением опыта Бийе. В нем половинки линзы не раздвигаются перпендикулярно к оптической оси, а смещаются вдоль нее на значительное расстояние. Половинки линзы дают действительное изображение источника  в точках  и . Интерференционная картина в плоскости, перпендикулярной главной оптической оси имеет вид концентрических полуколец с общим центром на этой оси. Центр является темным, т.к. один из лучей, прежде чем интерферировать, проходит через свой фокус  и изменяет фазу на .