Номер 1, страница 210 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

1. Как получают когерентные световые волны?

1. Как получают когерентные световые волны?

Когерентными называют волны, которые имеют одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз. Это свойство необходимо для наблюдения устойчивой интерференционной картины. Получить когерентные световые волны от двух независимых источников (например, от двух отдельных лампочек) практически невозможно. Это связано с тем, что свет в обычных источниках излучается отдельными атомами, которые испускают световые цуги (короткие волновые пакеты) независимо друг от друга. Фазы этих цугов случайны, поэтому разность фаз между волнами от двух разных источников постоянно и хаотично меняется, и устойчивая интерференция не возникает.

Чтобы получить когерентные световые волны, используют методы, основанные на разделении светового пучка от одного источника на несколько. Поскольку эти новые пучки происходят от одного и того же первоначального пучка, они наследуют его свойства и оказываются когерентными друг другу. Существует два основных принципа разделения:

• Разделение волнового фронта. В этом методе исходный волновой фронт физически разделяется на несколько частей с помощью диафрагм, щелей или зеркал. Эти части фронта распространяются по разным путям, а затем сводятся вместе в области наблюдения, создавая интерференцию.
  • Опыт Юнга: Свет от одного источника пропускается через две близко расположенные щели. Согласно принципу Гюйгенса-Френеля, эти щели становятся двумя вторичными когерентными источниками волн.
  • Зеркала Френеля и бипризма Френеля: Эти оптические устройства создают два мнимых изображения одного источника света, которые ведут себя как два когерентных источника.
  • Зеркало Ллойда: Интерференция происходит между светом от прямого источника и светом, отраженным от зеркала под очень малым углом. Источник и его мнимое изображение в зеркале являются когерентными.
• Разделение амплитуды. В этом методе световой пучок падает на полупрозрачную поверхность (например, светоделительную пластину или тонкую пленку), где он частично отражается, а частично проходит дальше (преломляется). В результате получаются два когерентных пучка, которые можно направить по разным оптическим путям, а затем свести.
  • Интерференция в тонких пленках: Свет отражается от верхней и нижней поверхностей пленки (например, мыльного пузыря или масляного пятна на воде). Два отраженных луча когерентны и интерферируют, создавая радужную окраску.
  • Кольца Ньютона: Частный случай интерференции в воздушном зазоре переменной толщины между плоскопараллельной пластиной и линзой с большим радиусом кривизны.
  • Интерферометр Майкельсона: С помощью полупрозрачного зеркала (светоделителя) пучок света разделяется на два, направленных перпендикулярно друг другу. Затем они отражаются от зеркал и снова сводятся вместе тем же светоделителем, создавая интерференционную картину.

Особое место среди источников когерентного света занимают лазеры. Лазерное излучение принципиально отличается от теплового. Благодаря механизму вынужденного (стимулированного) излучения, свет, генерируемый лазером, является высокомонохроматичным (имеет очень узкий диапазон частот) и обладает высокой степенью временной и пространственной когерентности. Поэтому луч одного лазера уже является когерентной волной. Для получения двух или более когерентных пучков достаточно разделить луч от одного лазера с помощью любого из вышеописанных методов.

Ответ: Когерентные световые волны получают путем разделения света от одного источника на два или более пучка, которые оказываются когерентными друг другу. Это можно сделать либо методом разделения волнового фронта (например, с помощью двух щелей в опыте Юнга), либо методом разделения амплитуды (например, с помощью тонкой пленки или светоделителя в интерферометрах). Самым совершенным источником когерентного света является лазер.