Skládání vlnění

Interference (skládání) světla je jev, při němž se nejvýrazněji projevují vlnové vlastnosti světla. Interference spočívá v tom, že vlnění, která přicházejí do určitého bodu z různých zdrojů, se v daném bodě vzájemně skládají.

Např. duhové zabarvení mýdlových bublin, duhové zabarvení tenkých vrstev oleje na vodě, …

U mechanického vlnění se sčítají okamžité výchylky kmitajícího pružného prostředí, u elektromagnetického vlnění se sčítají okamžité výchylky elektrické složky a magnetické složky elektromagnetického vlnění.

Interference je jev, pomocí kterého se ve fyzice dokazuje vlnová povaha zkoumaného fyzikálního jevu. Pokud dojde k interferenci, je vlnová povaha jevu potvrzena. Toho se využívá zejména v kvantové, částicové a jaderné fyzice

O objasnění interference světla se zasloužil hlavně anglický fyzik Thomas Young (1773 - 1829), který důsledně vycházel z představy, že světlo je vlnění.

K interferenci vlnění dochází, jsou-li splněny současně následující podmínky:

1. máme k dispozice dvě a více vlnění

2. všechna uvažovaná vlnění mají stejnou vlnovou délku (resp. frekvenci)

Mají-li všechna interferující vlnění stejnou vlnovou délku resp. frekvenci, je interference nejvýraznější. K interferenci dochází i u vlnění, která nemají stejnou vlnovou délku (resp. frekvenci), ale pozorovaný interferenční obrazec není tak výrazný.

3. mezi interferujícími vlněními je vytvořen dráhový resp. fázový rozdíl

4. vlnění jsou koherentní

Koherentní jsou ta světelná vlnění stejné frekvence, jejichž fázový rozdíl v uvažovaném bodě se s časem nemění.

Budeme-li uvažovat několik vln elektromagnetického vlnění, pak koherentní vlnění bude tehdy, pokud se vlny nebudou nijak „rozcházet“ - tj. mezi vlnami bude stejná vzdálenost a vlny se nebudou nijak deformovat (viz obr. 44). Pokud se vlny budou navzájem rozcházet, pak se jedná o vlnění nekoherentní (viz obr. 45).

Obr. 44

Obr. 45

U přirozených zdrojů světla je doba, po kterou lze považovat fázový rozdíl světelných vlnění za konstantní, velmi krátká. Koherence lze ale dosáhnout tím, že paprsek z jednoho zdroje rozdělíme na dva svazky paprsků, které se poté, co urazí různé dráhy, setkají s dráhovým rozdílem .Vzhledem k vlastnostem přirozených zdrojů světla je nutné, aby .

Lepší podmínky pro pozorování interferenčních jevů vytváří světlo z laserů. Laser tak umožňuje dosáhnout pozorovatelné interference u větších dráhových rozdílů (od desetin do desítek metrů).

Obr. 46	Obr. 47

Dráhový rozdíl dvou světelných paprsků z téhož zdroje lze vytvořit různým způsobem: pomocí dvou zrcátek a dvou polopropustných zrcátek (viz obr. 46) nebo pomocí otvoru a dvou štěrbin. Na tomto principu je založen Youngův pokus z roku 1807 (viz obr. 47). Otvor S má vlastnost bodového zdroje, světlo se z něho šíří všemi směry a dopadá na dvojici štěrbin a . Je-li vzájemná vzdálenost štěrbin malá, lze světelné záření za štěrbinami považovat za koherentní a lze pozorovat jeho interferenci. Interferenční obrazec vzniká na stínítku (matnici M), umístěném v dostatečné vzdálenosti od štěrbin, na které dopadá světlo z obou štěrbin s dráhovým rozdílem . Interferenční obrazec v podobě světlých a tmavých proužků vzniká vzájemným skládáním světelných vlnění z obou štěrbin:

1. světlý proužek odpovídá interferenčnímu maximu - vzniká v místech, kde se koherentní světelná vlnění setkávají se stejnou fází (viz obr. 48). Platí podmínka .

2. tmavý proužek odpovídá interferenčnímu minimu - v místech, v nichž mají vlnění fázi opačnou (viz obr. 49). Platí podmínka .

je vlnová délka koherentního světelného vlnění a k udává řád interferenčního maxima (minima).

Obr. 48	Obr. 49

Poznámka: Vlnění a zobrazené na obou obrázcích mají stejnou vlnovou délku i stejnou amplitudu. Vzhledem k názornosti bylo nutné na obr. 48 nepatrně změnit vzájemný poměr amplitud obou vlnění. Kdyby se tak nestalo, vlnění by byla naprosto identická a na obrázku by bylo vidět jen jedno.