Wstęp teoretyczny:

Interferencja, to zjawisko wzmocnienia lub osłabienia fal, zachodzące w wyniku wzajemnego nakrywania się. Wzmocnionemu odpowiadają na ekranie lub w przestrzeni jasne prążki a osłabionemu - ciemne. Aby eksperymentalnie otrzymać prążki interferencyjne, źródła i wysyłane przez nie promieniowanie, muszą spełniać określone warunki. Wiązki światła wysyłane przez nie powinny być przynajmniej częściowo spójne o amplitudach równych lub prawie równych. Ostatni warunek gwarantuje uzyskanie możliwie silnego kontrastu. Teoretycznie światło spójne dają źródła punktowe.

Każde naturalne źródło światła jest rozciągłe i wysyła promieniowanie niespójne. Źródłem promieniowania są przejścia elektronów między wzbudzonymi poziomami energetycznymi atomów i cząsteczek. Są przypadkowe i nieskorelowane. Każdemu przejściu odpowiada krótsza wiązka falowa (paczka), z którą stowarzyszony jest foton. Paczki nie pokrywają się. Początek i koniec emisji kwantu jest nieokreślony. Dwie wiązki fal niespójnych dochodzących do wspólnego punktu i przecinające się nie interferują ze sobą. Różnica faz w tym punkcie nie jest stała i zmienia się w czasie.

Światło spójne zachowuje stabilność fazy w czasie i przestrzeni. Innymi słowy, jeżeli dwie wiązki światła nakładają się w punkcie P zachowując stałą różnicę faz, to nazywamy je spójnymi. Faza jest stabilna przestrzennie, jeżeli różnica faz między dwoma ciągami fal jest stała. Jeżeli faza zachowuje się w pojedynczej fali, wówczas mamy spójność czasową.

Jeżeli dwa ciągi zachodzą na siebie, wówczas otrzymane prążki są słabiej widoczne o mniejszym kontraście. Wiązki takie są częściowo spójne. W rzeczywistości promieniowanie wysyłane jest paczkami tworzącymi ciągi skończone.

Dwa ciągi częściowo spójne

Dwa ciągi niespójne

Szczególnym przypadkiem interferencji są tzw. pierścienie Newtona. Można je łatwo zaobserwować, jeśli na płaskiej płytce szklanej, zwanej sprawdzianem, umieści się soczewkę płasko-wypukłą. Między powierzchnią sprawdzianu a sferyczną soczewki tworzy się klin powietrzny o zmiennym kącie.

Promienie światła padające pod bardzo małym kątem na płaską powierzchnię soczewki ulegają odbiciu od jej ścianek: przedniej i tylnej oraz od powierzchni płytki płasko-równoległej.

Prążki powstają wskutek interferencji promieni odbitych od tylnej powierzchni soczewki z odbitymi od przedniej powierzchni płytki płasko-równoległej. Te ostatnie przebywają na swej drodze cienką warstwę powietrza o grubości h. Różnica dróg optycznych promieni interferujących jest dana wzorem:

gdyż możemy przyjąć, że współczynnik załamania dla powietrza równy jest jedności. Ze wzoru tego widać. Że prążki interferencyjne, czyli krzywe jednakowej grubości, będą miały postać współśrodkowych pierścieni otaczających miejsce zetknięcia się soczewki z płytką, które będzie ciemne, gdyż dla niego h = 0. Promienie odbite od przedniej ścianki soczewki i tylnej ścianki płytki nie wchodzą w rachubę, gdyż grubość soczewki i płytki jest zbyt duża na to, by mogło zajść zjawisko interferencji.

Aby obliczyć grubość warstwy powietrza h, zakreślimy styczny do płytki okrąg o promieniu równym promieniowi krzywizny soczewki. Poprowadzimy średnicę AO prostopadłą do powierzchni płytki oraz prostą EC prostopadłą do AO. Połączymy punkty A i C; mamy

Ponieważ AE = h­ jest bardzo małe, więc z dostatecznym przybliżeniem mamy AC = AB = a. Znajdujemy zatem:

Pierścienie jasne otrzymujemy dla takich grubości h, dla których

gdzie m jest liczbą całkowitą. Stad

oraz

a więc promienie kolejnych pierścieni są proporcjonalne do pierwiastków kwadratowych z kolejnych liczb nieparzystych i do pierwiastków z długości fali światła. W świetle białym ujrzymy zatem pierścienie barwne. W pierwszym z nich brzeg wewnętrzny jest niebieski, zewnętrzny zaś czerwony.

W świetle przechodzącym zauważymy również interferencję. Różnice dróg dane są wówczas wzorem

Środek pola widzenia jest wówczas jasny, a promienie pierścieni jasnych daje nam wzór

stąd

.

Pierścienie Newtona obserwujemy zwykle przez mikroskop o małym powiększeniu M. Pod obiektywem umocowana jest półprzezroczysta płytka P, skierowująca promienie z lampy L na płytki szklane N. Są one umieszczone na stoliku, który można przesuwać o odległości mierzone śrubą S. Przy użyciu światła białego widzimy stosunkowo niewielką liczbę pierścieni.

Jeśli użyjemy światła monochromatycznego, np. światła lampy sodowej, widzimy o wiele więcej pierścieni i wówczas przy obserwowaniu pierścieni dalekich, w okolicy tysięcznego, które odpowiadają dużym różnicom dróg optycznych, występuje zatarcie widzialności pierścieni. Przy jeszcze dalszych pierścieniach wyrazistość pierścieni znów się polepsza. Te zmiany wyrazistości pierścieni wywoływane są faktem, że żółta linia sodu składa się w rzeczywistości z dwu bliskich siebie linii.

5

---