Ôèçè÷åñêîå îáðàçîâàíèå â âóçàõ, Ò. 7, ¹ 4, 2001
99
Äåìîíñòðàöèîííûé ëåêöèîííûé ýêñïåðèìåíò Èçó÷åíèå ýôôåêòà ïðîÿâëåíèÿ ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè ñâåòà â èíòåðôåðåíöèîííîé ñõåìå Þíãà â äåìîíñòðàöèîííîì è ëàáîðàòîðíîì ýêñïåðèìåíòå Â.Ï. Ðÿáóõî1,2, Î.À. Ïåðåïåëèöûíà1,2, À.À. ×àóññêèé2 Ñàðàòîâñêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò, 410026 Ñàðàòîâ, Ìîñêîâñêàÿ, 155 Èíñòèòóò ïðîáëåì òî÷íîé ìåõàíèêè è óïðàâëåíèÿ ÐÀÍ, 410028 Ñàðàòîâ, Ðàáî÷àÿ, 24 E-mail:
[email protected] 1 2
Ðàññìàòðèâàåòñÿ ïðèìåíåíèå â èíòåðôåðåíöèîííîé ñõåìå Þíãà ñïåöèàëüíîãî îïòè÷åñêîãî ýëåìåíòà, â ÷àñòíîñòè, äâóõýêñïîçèöèîííîé ñïåêëîãðàììû ñäâèãà, ïîçâîëÿþùåãî ñóùåñòâåííûì îáðàçîì ïîâûñèòü èíòåíñèâíîñòü íàáëþäàåìûõ èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ Þíãà â äîñòàòî÷íî ïðîòÿæåííîì äèôðàêöèîííîì ãàëî è, êàê ñëåäñòâèå, íàáëþäàòü â ïðîñòûõ óñëîâèÿõ ïðîÿâëåíèå ñòåïåíè ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè ñâåòà ïðîòÿæåííûõ òåïëîâûõ èñòî÷íèêîâ. Îáñóæäàåòñÿ ïîñòàíîâêà äåìîíñòðàöèîííûõ ýêñïåðèìåíòîâ è ëàáîðàòîðíîé ðàáîòû ïî èçó÷åíèþ âëèÿíèÿ ðàçìåðîâ èñòî÷íèêà ñâåòà è ñòåïåíè åãî ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè íà âèäíîñòü èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ Þíãà.
 íàó÷íûõ ìîíîãðàôèÿõ è ó÷åáíèêàõ ïî îïòèêå ïðîÿâëåíèÿ ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè ñâåòà â ÿâëåíèè èíòåðôåðåíöèè ðàññìàòðèâàåòñÿ íà ïðèìåðå èíòåðôåðåíöèîííîé ñõåìû Þíãà [1-9]. Ýòîò âåñüìà íàãëÿäíûé ñ ìåòîäè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ îïûò ñòàë êëàññè÷åñêèì â òåîðèè êîãåðåíòíîñòè ñâåòà [1,2,4]. Îäíàêî ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ ðåàëèçàöèÿ ýòîãî îïûòà â åãî êëàññè÷åñêîé ïîñòàíîâêå ñ èñïîëüçîâàíèåì ýêðàíà ñ äâóìÿ óçêèìè ùåëÿìè â ðàìêàõ ó÷åáíîé ëàáîðàòîðíîé ðàáîòû èëè ëåêöèîííîé äåìîíñòðàöèè îñëîæíÿåòñÿ áîëüøèìè ýíåðãåòè÷åñêèìè ïîòåðÿìè ñâåòà. Èìåííî ïîýòîìó â îïòè÷åñêîì ïðàêòèêóìå, íàñêîëüêî íàì èçâåñòíî, òàêèå ëàáîðàòîðíûå ðàáîòû ïðàêòè÷åñêè îòñóòñòâóþò.  ðàáîòàõ, ïîñòàâëåííûõ ïî ñõåìå Þíãà ñ èñïîëüçîâàíèåì ëàçåðíîãî èñòî÷íèêà [10,11] (ñì. òàêæå [12]) èëè ïî ñõåìå Ðýëåÿ íà áàçå ïðîìûøëåííîãî èíòåðôåðîìåòðà ËÈÐ-2 (ñì., íàïðèìåð, [13]), íå ïðåäóñìîòðåíà âîçìîæíîñòü èññëåäîâàíèÿ âëèÿíèÿ ñòåïåíè ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè ñâåòà íà êîíòðàñò íàáëþäàåìûõ èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ.  íàñòîÿùåì ñîîáùåíèè îáñóæäàåòñÿ âîçìîæíîñòü ýêñïåðèìåíòàëüíîãî èññëåäîâàíèÿ âëèÿíèÿ ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè íà êîíòðàñò èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ, íàáëþäàåìûõ â ñõåìå Þíãà, ïðè èñïîëüçîâàíèè â ýòîé ñõåìå ñïåöèàëüíîãî îïòè÷åñêîãî ýëåìåíòà, ñóùåñòâåííî ïîâûøàþùåãî ñâåòîñèëó (ýíåðãåòèêó) ýòîãî èíòåðôåðåíöèîííîãî îïûòà. Îáñóæäàåòñÿ ìåòîäèêà äåìîíñòðàöèîííîãî ýêñïåðèìåíòà è êðàòêîå ñîäåðæàíèå ëàáîðàòîðíîé ðàáîòû äëÿ îïòè÷åñêîãî ïðàêòèêóìà îáùåãî êóðñà ôèçèêè. Ìåòîäîëîãè÷åñêèå îñîáåííîñòè ñõåìû Þíãà. Ñõåìà Þíãà ñ íàáëþäåíèåì èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ â äàëüíåé îáëàñòè äèôðàêöèè â ñâîáîäíîì ïðîñòðàíñòâå (Ðèñóíîê 1) â ó÷åáíîì ýêñïåðèìåíòå ìîæåò áûòü ïðàêòè÷åñêè ðåàëèçîâàíà òîëüêî ñ èñïîëüçîâàíèåì äîñòàòî÷íî ìîùíîãî ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ è â ïàðàëëåëüíîì îñâåùàþùåì
100
Â.Ï. Ðÿáóõî, Î.À. Ïåðåïåëèöûíà, À.À. ×àóññêèé
ïó÷êå [10,11].  ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 ðàçìåðû îòâåðñòèé â ýêðàíå äîëæíû áûòü íå òîëüêî ìåíüøå ðàäèóñà ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè ρ c , íî è ñòîëü ìàëûìè, ÷òîáû äèôðàãèðîâàâøèå íà íèõ âîëíû â äîñòàòî÷íîé ñòåïåíè ïåðåêðûâàëèñü íà ýêðàíå íàáëþäåíèÿ èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ Ý2 . Óìåíüøåíèå ðàçìåðîâ îòâåðñòèé ïðèâîäèò ê ðàñøèðåíèþ óãëîâîé àïåðòóðû äèôðàêöèîííîãî ïîëÿ, à ñëåäîâàòåëüíî, è ïîëÿ èíòåðôåðåíöèè, ÷òî ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííîìó óìåíüøåíèþ èíòåíñèâíîñòè ñâåòà â èíòåðôåðåíöèîííîé êàðòèíå, çàòðóäíÿþùåìó íàáëþäåíèå ÿâëåíèÿ.
Ý2 Îáëàñòü ïåðåêðûòèÿ äèôðàãèðîâàâøèõ âîëí
Ý1 S
Ïîëîñû Þíãà
zs
z
Ðèñóíîê 1. Êëàññè÷åñêàÿ èíòåðôåðåíöèîííàÿ ñõåìà Þíãà ñ ÷àñòè÷íûì ïåðåêðûòèåì äèôðàãèðîâàâøèõ ïó÷êîâ ñâåòà.
 ôóíäàìåíòàëüíîé ìîíîãðàôèè Ì. Áîðíà è Ý. Âîëüôà [1] ïðèâîäèòñÿ íàèáîëåå óäîáíàÿ ñõåìà Þíãà, óñòðàíÿþùàÿ ïðîáëåìó ÷àñòè÷íîãî íàëîæåíèÿ äèôðàãèðîâàâøèõ íà îòâåðñòèÿõ âîëí (Ðèñóíîê 2). Îäíàêî, ïî÷åìó-òî ýòà ïðàêòè÷åñêè âàæíàÿ ñõåìà íå íàøëà ìåñòà â ó÷åáíîé è ìåòîäè÷åñêîé ëèòåðàòóðå ïî îïòèêå, çà èñêëþ÷åíèåì [6,14]. Îòìåòèì äâå âàæíûå îñîáåííîñòè ýòîé ñõåìû. Ýêðàí Ý1 ìîæíî ðàñïîëàãàòü êàê âïëîòíóþ ê ëèíçå äî èëè ïîñëå íåå, òàê è íà îïðåäåëåííîì óäàëåíèè îò ëèíçû. Åñëè ýêðàí Ý1 íàõîäèòñÿ çà ëèíçîé, òî ïåðèîä íàáëþäàåìûõ ïîëîñ Λ îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå , ãäå Δx - ðàññòîÿíèå ìåæäó îòâåðñòèÿìè, z - ðàññòîÿíèå îò ýêðàíà äî ïëîñêîñòè íàáëþäåíèÿ èíòåðôåðåíöèîííîé êàðòèíû, - ñðåäíÿÿ äëèíà âîëíû. Åñëè ëèíçà äîñòàòî÷íî òîíêàÿ, à ðàññòîÿíèå z äîñòàòî÷íî áîëüøîå, òî ýòîé æå ôîðìóëîé ìîæíî ïîëüçîâàòüñÿ, êîãäà ýêðàí ðàñïîëîæåí âïëîòíóþ ïåðåä ëèíçîé. Åñëè æå ýêðàí ðàñïîëîæåí ïåðåä ëèíçîé íà ðàññòîÿíèè Δz è íà ðàññòîÿíèè îò èñòî÷íèêà ñâåòà, òî äëÿ ïåðèîäà ïîëîñ ñïðàâåäëèâî ñîîòíîøåíèå Λ = λ z Δx(1 + Δz z s ) , êîòîðîå ìîæíî ïîëó÷èòü èç ïðîñòûõ ãåîìåòðè÷åñêèõ ïîñòðîåíèé.
Èçó÷åíèå ýôôåêòà ïðîÿâëåíèÿ ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè ñâåòà...
L
Ý1
101
Îáëàñòü ïåðåêðûòèÿ äèôðàãèðîâàâøèõ âîëí
Ý2
S S’ zs
z
Ïîëîñû Þíãà
Δz
Ðèñóíîê 2.
Ñõåìà Þíãà ñ èñïîëüçîâàíèåì ñîáèðàþùåé ëèíçû, îáåñïå÷èâàþùåé ïîëíîå ïåðåêðûòèå äèôðàãèðîâàâøèõ ïó÷êîâ.
Δ Ý Sρ1x′ñ
Âòîðàÿ îñîáåííîñòü, íà êîòîðóþ íåîáõîäèìî îáðàòèòü âíèìàíèå, çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ïîëîñû Þíãà â ðàññìàòðèâàåìîé ñõåìå íàáëþäàþòñÿ â ïëîñêîñòè, îïòè÷åñêè ñîïðÿæåííîé îñâåùàåìîìó èñòî÷íèêó S , ò.å. â ïëîñêîñòè, ãäå ôîðìèðóåòñÿ èçîáðàæåíèå S′ èñòî÷íèêà. Ýòà ïëîñêîñòü íàõîäèòñÿ â äàëüíåì ïîëå äèôðàêöèè ïî îòíîøåíèþ ê ñâåòîâîìó ïîëþ çà ýêðàíîì , ãäå áû îí íå ðàñïîëàãàëñÿ, äî èëè ïîñëå ëèíçû [15,16]. Ñëåäîâàòåëüíî, ïîëå â ïëîñêîñòè íàáëþäåíèÿ èíòåðôåðåíöèîííîé êàðòèíû îïðåäåëÿåòñÿ ôóðüå-ïðåîáðàçîâàíèåì ïîëÿ çà îòâåðñòèÿìè â ýêðàíå Ý1 [15,16]. Ïîëîæåíèå èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ íå çàâèñèò îò ïîëîæåíèÿ îòâåðñòèé â ýêðàíå Ý1 îòíîñèòåëüíî îïòè÷åñêîé îñè. Èíûìè ñëîâàìè, ïàðàëëåëüíûé ïåðåíîñ îòâåðñòèé â ïëîñêîñòè ýêðàíà Ý1 íå ïðèâîäèò ê ñìåùåíèþ èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ Þíãà. Ýòî ñâîéñòâî äàííîé ñõåìû ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì òàóòîõðîíèçìà ëó÷åé â èçîáðàæàþùåé ñèñòåìå - âñå ëó÷è ñâåòà îò èñòî÷íèêà S äî èçîáðàæåíèÿ S ′ ïðîõîäÿò îäèíàêîâûé îïòè÷åñêèé ïóòü, ò.å. ïðèõîäÿò â ò. íà îïòè÷åñêîé îñè ñèñòåìû ñ íóëåâîé ðàçíîñòüþ õîäà. Ïîýòîìó ÷åðåç öåíòð èçîáðàæåíèÿ èñòî÷íèêà ïðîõîäèò ñâåòëàÿ èíòåðôåðåíöèîííàÿ ïîëîñà Þíãà. (Îòìåòèì, ÷òî ïðè , ïðåâûøàþùåì ðàäèóñ ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè ñâåòà â öåíòðå êàðòèíû Þíãà ïîÿâëÿåòñÿ òåìíàÿ ïîëîñà [1]). Íåñìåùàåìîñòü èíòåðôåðåíöèîííîé êàðòèíû ïðè ïîïåðå÷íîì ñìåùåíèè ýêðàíà ñ îòâåðñòèÿìè ìîæíî èíòåðïðåòèðîâàòü è ôîðìàëüíî, êàê èíâàðèàíòíîñòü ôóðüåïðåîáðàçîâàíèÿ ê ïîïåðå÷íîìó ñäâèãó ïðåîáðàçóåìîé ôóíêöèè (êàê ñëåäñòâèå òåîðåìû ñìåùåíèÿ äëÿ ôóðüå-ïðåîáðàçîâàíèé [15,16]), åñëè òàêîå îáúÿñíåíèå îêàæåòñÿ áëèæå äëÿ ïîíèìàíèÿ. Åñëè â ýêðàíå Ý1 èìååòñÿ íå îäíà, à ìíîæåñòâî ïàð îòâåðñòèé ñ îäèíàêîâîé îðèåíòàöèåé è ðàâíîé äëèíîé îòðåçêà Δx , ñîåäèíÿþùåãî öåíòðû êàæäîé ïàðû îòâåðñòèé, òî ìíîæåñòâî
102
Â.Ï. Ðÿáóõî, Î.À. Ïåðåïåëèöûíà, À.À. ×àóññêèé
ñîîòâåòñòâóþùèõ èì èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ Þíãà áóäåò íàêëàäûâàòüñÿ äðóã íà äðóãà áåç ñìåùåíèÿ, «â ôàçå», óâåëè÷èâàÿ èíòåíñèâíîñòü ñâåòà â ñâåòëûõ ïîëîñàõ. Òàêèì îáðàçîì ìîæíî ñóùåñòâåííî óâåëè÷èòü ýíåðãåòèêó èíòåðôåðåíöèîííîé ñõåìû Þíãà. Ðàçìåð îòâåðñòèé äîëæåí áûòü äîñòàòî÷íî ìàëûì, ÷òîáû äèàìåòð äèôðàêöèîííîãî ïîëÿ B , â êîòîðîì íàáëþäàþòñÿ èíòåðôåðåíöèîííûå ïîëîñû, áûë äîñòàòî÷íî áîëüøèì. Íàïðèìåð, åñëè ìû õîòèì èìåòü B ≈ 50 ìì ïðè ôîêóñíîì ðàññòîÿíèè ëèíçû f = 200 ìì, òî äëÿ z ≈ f (èñòî÷íèê ñâåòà äîñòàòî÷íî óäàëåí îò ëèíçû) èìååì d ≈ 2 λ f B ≈ 4 ìêì. Äëÿ ïåðèîäà ïîëîñ Þíãà Λ ≈ 5 ìì (10 ïîëîñ â äèôðàêöèîííîì ãàëî) ðàññòîÿíèå ìåæäó îòâåðñòèÿìè äîëæíî áûòü ìêì. È ýòî çíà÷åíèå äîëæíî áûòü âûäåðæàíî ñ äîñòàòî÷íî áîëüøîé òî÷íîñòüþ, ÷òîáû íàáëþäàëñÿ ýôôåêò óñèëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè èíòåðôåðåíöèîííûõ êàðòèí îò âñåõ ïàð îòâåðñòèé. Êàêèì îáðàçîì ìîæíî èçãîòîâèòü òàêîé ýêðàí ñ ìíîæåñòâîì ïàð îòâåðñòèé? Èç âûøåïðèâåäåííûõ îöåíîê ÿñíî, ÷òî ìåõàíè÷åñêèì ñïîñîáîì èçãîòîâèòü òàêîé ýêðàí - âåñüìà òðóäíàÿ çàäà÷à. Ôîòîãðàôè÷åñêèì ìåòîäîì ýòà çàäà÷à ëåãêî ðåøàåòñÿ, íî â ýòîì ñëó÷àå ïîòðåáóþòñÿ ôîòîïëàñòèíêè ñ âûñîêèì ðàçðåøåíèåì, êîòîðûå èñïîëüçóþòñÿ â ôîòîëèòîãðàôèè èëè ãîëîãðàôèè. Äëÿ ðåàëèçàöèè ôîòîëèòîãðàôè÷åñêîãî ñïîñîáà ñíà÷àëà íåîáõîäèìî íà áåëîì ëèñòå áóìàãè íàíåñòè ìíîæåñòâî îäèíàêîâûõ ïàð ÷åðíûõ ïÿòåí. Ýòî ìîæíî ñäåëàòü ñ ïîìîùüþ êîìïüþòåðíîé ãðàôèêè è âûñîêîðàçðåøàþùåãî ïðèíòåðà. Ôîðìà è ðàçìåðû ïÿòåí â êàæäîé ïàðå äîëæíû áûòü îäèíàêîâûìè, à â ðàçíûõ ïàðàõ îíè ìîãóò îòëè÷àòüñÿ. Ñðåäíèé ðàçìåð ïÿòåí äîëæåí áûòü òàêèì, ÷òîáû ðàçìåð èõ èçîáðàæåíèé ïðè ôîòîãðàôèðîâàíèè áûë äîñòàòî÷íî ìàëûì. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïàð èäåíòè÷íûõ âçàèìíîñìåùåííûõ ïÿòåí ìîæíî âîñïîëüçîâàòüñÿ â èñïîëüçóåìîé ãðàôè÷åñêîé ïðîãðàììå (íàïðèìåð, CorelDRAW) âîçìîæíîñòüþ êîïèðîâàíèÿ è ïàðàëëåëüíîãî ñäâèãà âñåé ñèñòåìû ïÿòåí. Âàæíî íå ðàñïîëàãàòü ïàðû ïÿòåí ðåãóëÿðíûì îáðàçîì, èíà÷å, â ïîñëåäóþùåì, â äèôðàêöèîííîé êàðòèíå ïîÿâèòñÿ äîïîëíèòåëüíàÿ ðåãóëÿðíàÿ ìîäóëÿöèÿ èíòåíñèâíîñòè ñâåòà, îáóñëîâëåííàÿ èíòåðôåðåíöèåé âîëí îò âñåé ñèñòåìû îòâåðñòèé. Ôîòîãðàôè÷åñêàÿ çàïèñü òàêîé êàðòèíêè ñ ñîîòâåòñòâóþùèì óìåíüøåíèåì ïðè èñïîëüçîâàíèè âûñîêîðàçðåøàþùèõ îáúåêòèâà è ôîòîïëàñòèíêè ïîçâîëèò ïîëó÷èòü ýêðàí ñ ìíîæåñòâîì ïàð îäèíàêîâûõ ïðîçðà÷íûõ ó÷àñòêîâ, ýêâèâàëåíòíûì ïàðàì òî÷å÷íûõ îòâåðñòèé. Âûøåïðèâåäåííûé ñïîñîá ïîëó÷åíèÿ ýêðàíà ñ ìíîæåñòâîì ïàð îòâåðñòèé îòíîñèòåëüíî òðóäîåìîê, ïîñêîëüêó äëÿ ñóùåñòâåííîãî óâåëè÷åíèÿ èíòåíñèâíîñòè ñâåòà â èíòåðôåðåíöèîííîé êàðòèíå Þíãà íåîáõîäèìà äîñòàòî÷íî âûñîêàÿ ïîâåðõíîñòíàÿ ïëîòíîñòü ïàð ïðîçðà÷íûõ ïÿòåí íà ýêðàíå íà äîñòàòî÷íî áîëüøîé ïëîùàäè, ïðåâûøàþùåé ïëîùàäü àïåðòóðû ëèíçû. Òåõíîëîãè÷åñêè äîñòàòî÷íî ïðîñòî ïîëó÷èòü ýêðàí ñ òðåáóåìûì êîëè÷åñòâîì ïðîçðà÷íûõ ïÿòåí ñëåäóþùèì ôîòîãðàôè÷åñêèì ñïîñîáîì. Íà ëèñò ÷åðíîé
103
Èçó÷åíèå ýôôåêòà ïðîÿâëåíèÿ ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè ñâåòà...
áóìàãè ðàñïûëÿåòñÿ áåëàÿ êðàñêà òàê, ÷òîáû ëèñò ïîêðûëñÿ ñðàâíèòåëüíî ðàâíîìåðíî êàïåëüêàìè áåëîé êðàñêè. Çàòåì èçîáðàæåíèå ýòîãî ëèñòà ñ óìåíüøåíèåì äâàæäû ôîòîãðàôèðóåòñÿ íà âûñîêîðàçðåøàþùóþ ôîòîïëàñòèíêó ñ òðåáóåìûì ïîïåðå÷íûì ñìåùåíèåì Δx ôîòîïëàñòèíêè ìåæäó ýêñïîçèöèÿìè. Ñîâñåì òåõíîëîãè÷åñêè ïðîñòîé ñïîñîá ïîëó÷åíèÿ òðåáóåìîãî ýêðàíà çàêëþ÷àåòñÿ â äâóõýêñïîçèöèîííîé ôîòîãðàôè÷åñêîé çàïèñè ñïåêë-ñòðóêòóðû â ðàññåÿííîì ëàçåðíîì èçëó÷åíèè [17-19]. Îïòè÷åñêàÿ ñõåìà, êîòîðàÿ ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà äëÿ ýòèõ öåëåé, ïðèâåäåíà íà Ðèñóíêå 3. Äîñòàòî÷íî øèðîêèé ëàçåðíûé ïó÷îê 1 îñâåùàåò ìàòîâîå ñòåêëî 3, èçîáðàæåíèå êîòîðîãî äâóêðàòíî ôîòîãðàôèðóåòñÿ íà âûñîêîðàçðåøàþùóþ ãîëîãðàôè÷åñêóþ ôîòîïëàñòèíêó 6, çàêðåïëåííóþ íà ñòîëèêå ñ âîçìîæíîñòüþ ïîïåðå÷íîãî ìèêðîìåòðè÷åñêîãî ïåðåìåùåíèÿ. Ìèíèìàëüíûé ïîïåðå÷íûé ðàçìåð ñïåêëîâ â ïëîñêîñòè èçîáðàæåíèÿ ìàòîâîãî ñòåêëà îöåíèâàåòñÿ ñ ïîìîùüþ âûðàæåíèÿ , ãäå z ðàññòîÿíèå îò ëèíçû äî ôîòîïëàñòèíêè, - äèàìåòð àïåðòóðû ëèíçû, λ - äëèíà âîëíû ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ [17]. Ïðè ìì, z = 100 ìì äëÿ λ = 0,63 ìêì (èçëó÷åíèå He-Ne ëàçåðà) ïîëó÷èì ε ⊥ ≈ 3 ìêì, ýòîãî âïîëíå äîñòàòî÷íî äëÿ íàáëþäåíèÿ ïîëîñ Þíãà â îòíîñèòåëüíî øèðîêîì äèôðàêöèîííîì ãàëî. Íà Ðèñóíêå 4 ïðåäñòàâëåíû êàðòèíû èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ Þíãà, íàáëþäàåìûå â äèôðàêöèîííîì ãàëî äàëüíåãî ïîëÿ äèôðàêöèè ïðè îñâåùåíèè ñïåêëîãðàììû óçêèì ëàçåðíûì ïó÷êîì (ïî ñõåìå Ðèñóíêà 1).
3
1 εD⊥a ≈= λ20 z Da
2 4
5
6
Ðèñóíîê 3. Ñõåìà çàïèñè äâóõýêñïîçèöèîííîé ñïåêëîãðàììû ñäâèãà: 1 - ëàçåðíûé ïó÷îê, 2 – äèàôðàãìà, 3 – ìàòîâîå ñòåêëî, 4 – àïåðòóðíàÿ äèàôðàãìà, 5 – ëèíçà, 6 – ôîòîïëàñòèíêà.
Åñëè íà ýòàïå çàïèñè äâóõýêñïîçèöèîííîé ñïåêëîãðàììû ñäâèãà èñïîëüçóåòñÿ êðóãëàÿ àïåðòóðà èçîáðàæàþùåé ëèíçû (Ðèñóíîê 3), òî ñðåäíÿÿ èíòåíñèâíîñòü ñâåòà â
104
Â.Ï. Ðÿáóõî, Î.À. Ïåðåïåëèöûíà, À.À. ×àóññêèé
äèôðàêöèîííîì ãàëî áûñòðî óìåíüøàåòñÿ íà ïåðèôåðèè: èìååòñÿ áîëüøîé ïåðåïàä èíòåíñèâíîñòè ñâåòà â öåíòðå è íà êðàÿõ äèôðàêöèîííîãî ãàëî (Ðèñóíêè 4, à, á) [18,19]. Äëÿ âûðàâíèâàíèÿ ýòîãî ïåðåïàäà è áîëåå çàìåòíîãî î÷åðòàíèÿ ãðàíèö äèôðàêöèîííîãî ãàëî ïðè çàïèñè ñïåêëîãðàììû ìîæíî èñïîëüçîâàòü êîëüöåâóþ äèàôðàãìó ôîêóñèðóþùåé ëèíçû [19]. Êàðòèíû ïîëîñ Þíãà íà Ðèñóíêàõ 4, â, ã ïîëó÷åíû ñ èñïîëüçîâàíèåì ñïåêëîãðàìì, çàïèñàííûõ òàêèì ñïîñîáîì. Ñïåêëîãðàììû ñäâèãà ìîæíî çàïèñûâàòü êàê íà íåãàòèâíîì, òàê è íà ïîçèòèâíîì ôîòî÷óâñòâèòåëüíîì ñëîå. Àíàëîãè÷íî è â ôîòîëèòîãðàôè÷åñêîì ìåòîäå ìîæíî èñïîëüçîâàòü îáà òèïà ôîòîñëîåâ. Ñ ôèçè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ ýòî îçíà÷àåò, ÷òî èìååò ìåñòî îäèí è òîò æå ðåçóëüòàò, åñëè èñïîëüçóåòñÿ ýêðàí ñ ñèñòåìîé ïàð èäåíòè÷íûõ ïðîçðà÷íûõ ïÿòåí (îòâåðñòèé) èëè ñ ñèñòåìîé ïàð èäåíòè÷íûõ íåïðîçðà÷íûõ ïÿòåí (ýêðàíîâ) íà ïðîçðà÷íîì ôîíå.
(à)
(â)
(á)
(ã)
Ðèñóíîê 4. Èíòåðôåðåíöèîííûå ïîëîñû Þíãà â äàëüíåì ïîëå äèôðàêöèè ëàçåðíîãî ïó÷êà íà ðàçëè÷íûõ ñïåêëîãðàììàõ ïîïåðå÷íîãî ñäâèãà, ïîëó÷åííûõ ñ èñïîëüçîâàíèåì êðóãëîé (à,á) è êîëüöåâîé (â,ã) àïåðòóð èçîáðàæàþùåé ëèíçû (ñì. Ðèñóíîê 3).
Ôîòîïëàñòèíêó ñ àìïëèòóäíûì ïðîïóñêàíèåì ìîæíî îòáåëèòü [20], ïðåâðàòèâ åå â ôàçîâûé ýêðàí, êîòîðûé áóäåò ñîäåðæàòü ñèñòåìó ïàð îäèíàêîâûõ ôàçîâûõ íåîäíîðîäíîñòåé – ìèêðîëèíç. Òàêîé ýêðàí ñîçäàåò òàêóþ æå èíòåðôåðåíöèîííóþ êàðòèíó ïîëîñ Þíãà, êàê è
105
Èçó÷åíèå ýôôåêòà ïðîÿâëåíèÿ ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè ñâåòà...
àìïëèòóäíûé, íî ñ áîëüøåé äèôðàêöèîííîé ýôôåêòèâíîñòüþ – èíòåíñèâíîñòüþ ïîëîñ. Äåìîíñòðàöèÿ èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ Þíãà. Ïðè îñâåùåíèè ñïåêëîãðàììû ñäâèãà íåðàñøèðåííûì ëàçåðíûì ïó÷êîì â äèôðàêöèîííîì ãàëî íà ðàññòîÿíèè ~ 1 ì îò÷åòëèâî íàáëþäàþòñÿ èíòåðôåðåíöèîííûå ïîëîñû Þíãà (Ðèñóíîê 4). Äèàìåòð äèôðàêöèîííîãî ãàëî íà ýòîì ðàññòîÿíèè ïðè âûøåïðèâåäåííûõ îöåíêàõ ïîïåðå÷íûõ ðàçìåðîâ ñïåêëîâ íà ñïåêëîãðàììå, ε ⊥ ≈ 3 ìêì, ñîñòàâëÿåò B ≈ 2λz ε ⊥ ≈ 40 ñì. Ïðè ìîùíîñòè ëàçåðà P ≈ 10 ìÂò êàðòèíà ïîëîñ õîðîøî âèäíà â áîëüøîé ëåêöèîííîé àóäèòîðèè. Äëÿ äåìîíñòðàöèè âëèÿíèÿ ïðîòÿæåííîñòè èñòî÷íèêà ñâåòà è, ñëåäîâàòåëüíî, ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè ñâåòà íà êîíòðàñò ïîëîñ Þíãà èç ýíåðãåòè÷åñêèõ ñîîáðàæåíèé íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàòü ñõåìó, ïðèâåäåííóþ íà Ðèñóíêå 2. Îò÷åòëèâîå íàáëþäåíèå èçìåíåíèÿ êîíòðàñòà ïîëîñ â ýòîé ñõåìå ïðè óâåëè÷åíèè èëè óìåíüøåíèè äèàìåòðà èñòî÷íèêà ñâåòà óäàåòñÿ íàáëþäàòü â äîñòàòî÷íî çàòåìíåííîé àóäèòîðèè. Îäíàêî åñëè â êà÷åñòâå ñîáèðàþùåé ëèíçû â ñõåìå íà Ðèñóíêå 2 èñïîëüçîâàòü íåïîñðåäñòâåííî õðóñòàëèê ãëàçà, âèçóàëüíàÿ ýíåðãåòè÷åñêàÿ ýôôåêòèâíîñòü ñõåìû ñóùåñòâåííî ïîâûñèòñÿ, ïîñêîëüêó â ýòîì ñëó÷àå èíòåðôåðåíöèîííûå ïîëîñû Þíãà ôîðìèðóþòñÿ íåïîñðåäñòâåííî íà ñåò÷àòêå ãëàçà íàáëþäàòåëÿ (Ðèñóíîê 5).
S
S’
Ý1
Ãëàç íàáëþäàòåëÿ
Ðèñóíîê 5. Îïòè÷åñêàÿ ñõåìà äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ Þíãà íåïîñðåäñòâåííî íà ñåò÷àòêå ãëàçà.
 ýòîì âàðèàíòå ñõåìû Þíãà ìîæíî íàáëþäàòü âëèÿíèå ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè íà êîíòðàñò èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ â èíäèâèäóàëüíîì ïîðÿäêå è â íåçàòåìíåííîé àóäèòîðèè. Äëÿ ýòîãî íåîáõîäèìî, ÷òîáû â àóäèòîðèè èìåëîñü õîòÿ áû äâà èñòî÷íèêà ñâåòà ñ çàìåòíî îòëè÷àþùèìèñÿ ðàçìåðàìè òåëà ñâåòèìîñòè, íàïðèìåð, ëàìïà íàêàëèâàíèÿ ñ âèäèìîé íèòüþ íàêàëà è ëàìïà íàêàëèâàíèÿ â êîëáå èëè ïëàôîíå èç ìîëî÷íîãî ñòåêëà. Íà Ðèñóíêå 6 ïðèâåäåíà ôîòîãðàôèÿ èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ ñ ðàçëè÷íîé
106
Â.Ï. Ðÿáóõî, Î.À. Ïåðåïåëèöûíà, À.À. ×àóññêèé
êîíòðàñòíîñòüþ, êîòîðûå íàáëþäàþòñÿ â îðåîëå èçîáðàæåíèé îñâåòèòåëüíûõ ëàìï íà ïîòîëêå Áîëüøîé ôèçè÷åñêîé àóäèòîðèè íàøåãî óíèâåðñèòåòà ïðè ðàññìàòðèâàíèè ýòèõ èñòî÷íèêîâ ÷åðåç ñïåêëîãðàììó ñäâèãà.
Ðèñóíîê 6. Èíòåðôåðåíöèîííûå ïîëîñû Þíãà ñ ðàçëè÷íûì êîíòðàñòîì, íàáëþäàåìûå â äèôðàêöèîííûõ ãàëî âîêðóã èçîáðàæåíèé îñâåòèòåëüíûõ ëàìï íà ïîòîëêå Áîëüøîé ôèçè÷åñêîé àóäèòîðèè, ïðè ðàññìàòðèâàíèè ýòèõ èñòî÷íèêîâ ñâåòà ÷åðåç ñïåêëîãðàììó ñäâèãà (ñëåâà ëàìïà ñ âèäèìîé ñïèðàëüþ íàêàëèâàíèÿ – ìàëûå ðàçìåðû òåëà ñâåòèìîñòè, ñïðàâà – 2 ëàìïû ñ ðàññåèâàþùèìè êîëáàìè)
Èçìåðåíèå ïîïåðå÷íîãî ðàäèóñà ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè ñâåòà ïðîòÿæåííîãî òåïëîâîãî èñòî÷íèêà. Íà îñíîâå îïòè÷åñêîé ñõåìû, ïðèâåäåííîé íà Ðèñóíêå 2, èëè ñõåìû ñ íåïîñðåäñòâåííûì íàáëþäåíèåì êàðòèíû ïîëîñ Þíãà (Ðèñóíîê 5) ñ èñïîëüçîâàíèåì ñïåêëîãðàììû ñäâèãà ìîæíî ïîñòàâèòü ëàáîðàòîðíóþ ðàáîòó ïî èçó÷åíèþ âëèÿíèÿ ñòåïåíè ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè èçëó÷åíèÿ ïðîòÿæåííîãî èñòî÷íèêà íà âèäíîñòü èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ.  ðàìêàõ ýòîé ðàáîòû âîçìîæíû äâà ïîäõîäà. Ïðè íàëè÷èè íåñêîëüêèõ ñïåêëîãðàìì ñ ðàçëè÷íûì ïîïåðå÷íûì ñäâèãîì Δx çàðåãèñòðèðîâàííûõ íà íèõ ñïåêë-ñòðóêòóð ïîäáèðàåòñÿ ñïåêëîãðàììà, äëÿ êîòîðîé ïîëîñû Þíãà ïðàêòè÷åñêè èñ÷åçàþò äëÿ çàäàííîãî óãëîâîãî ðàçìåðà èñòî÷íèêà.  ýòîì ñëó÷àå ïîïåðå÷íûé ñäâèã - ðàññòîÿíèå ìåæäó èäåíòè÷íûìè ïðîçðà÷íûìè ïÿòíàìè íà ñïåêëîãðàììå - ïðèáëèçèòåëüíî ðàâåí ðàäèóñó ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè ñâåòà â ïëîñêîñòè ñïåêëîãðàììû Δx ≈ ρ c . Äëÿ ýòîé ñïåêëîãðàììû,
Èçó÷åíèå ýôôåêòà ïðîÿâëåíèÿ ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè ñâåòà...
(Λγzλ12s z s≈ Λ0 ≈ λz s
107
ïîëüçóÿñü èñòî÷íèêîì ñ ìåíüøèìè óãëîâûìè ðàçìåðàìè, ïðè êîòîðîì íàáëþäàþòñÿ êîíòðàñòíûå ïîëîñû, îïðåäåëÿþò óãëîâîé ïåðèîä ïîëîñ Þíãà Λ α , à ïî íåìó – âåëè÷èíó ρ c ≈ Δx = λ Λ α . Ïî âû÷èñëåííîìó çíà÷åíèþ ρ c îïðåäåëÿþò óãëîâîé ðàçìåð èñòî÷íèêà ñâåòà θ ≈ λ ρ c è ñðàâíèâàþò åãî ñ íåïîñðåäñòâåííî èçìåðåííûì çíà÷åíèåì θ = D z s . Âî âòîðîì ïîäõîäå, íà íàø âçãëÿä ïðàêòè÷åñêè áîëåå óäîáíîì, èñïîëüçóåòñÿ îäíà ñïåêëîãðàììà ñäâèãà è èñòî÷íèê ñâåòà, ïîïåðå÷íûå ðàçìåðû êîòîðîãî ìîæíî íåïðåðûâíî èçìåíÿòü â ïðîöåññå ýêñïåðèìåíòà. Ýòî ëåãêî âûïîëíèòü, èñïîëüçóÿ, íàïðèìåð, îñâåòèòåëü ÎÈ-9Ì è ïîìåùàÿ ìàòîâîå ñòåêëî çà åãî èðèñîâîé äèàôðàãìîé. Ïðè âèçóàëüíîé ñõåìå íàáëþäåíèÿ ïîëîñ (Ðèñóíîê 5) ìîùíîñòè ñâåòà òàêîãî èñòî÷íèêà âïîëíå äîñòàòî÷íî äëÿ îò÷åòëèâîãî íàáëþäåíèÿ ïîëîñ Þíãà. Èçìåíÿÿ äèàìåòð èñòî÷íèêà ñâåòà, íàáëþäàþò èçìåíåíèå êîíòðàñòà ïîëîñ Þíãà. Ïîëîñû èñ÷åçàþò, êîãäà Δx ≈ ρ c . Âåëè÷èíó Δx â ýòîì ýêñïåðèìåíòå îïðåäåëÿþò ïî íàáëþäàåìîìó ïåðèîäó ïîëîñ ïðè ìàëûõ ðàçìåðàõ èñòî÷íèêà, êîãäà ïîëîñû îò÷åòëèâî âèäíû. Äëÿ ýòîãî â ïëîñêîñòè èñòî÷íèêà ñâåòà íóæíî óñòàíîâèòü ýêðàí ñ îòñ÷åòíîé ìèëëèìåòðîâîé ëèíåéêîé. Òîãäà â ïîëå çðåíèÿ íàáëþäàòåëÿ áóäóò îäíîâðåìåííî âèäíû èíòåðôåðåíöèîííûå ïîëîñû è ëèíåéêà, ïî êîòîðîé ìîæíî îïðåäåëèòü ïåðèîä ïîëîñ (Ðèñóíîê 7). Çíàÿ ðàññòîÿíèå ìåæäó èñòî÷íèêîì è ñïåêëîãðàììîé, îïðåäåëÿþò âåëè÷èíó Δx = λ z s Λ , à ïî íåé çíà÷åíèå ρ c , êîòîðîå ìîæíî ñðàâíèòü ñ âåëè÷èíîé, âû÷èñëåííîé ïî ôîðìóëå ρ c ≈ λ z s D , ãäå D - äèàìåòð èñòî÷íèêà. Îòìåòèì èíòåðåñíóþ îñîáåííîñòü: ïîëîñû ïðàêòè÷åñêè èñ÷åçàþò ïðè Δx ≈ ρ c , êîãäà âèäèìûé ïåðèîä ïîëîñ Λ ðàâåí âèäèìîìó äèàìåòðó èñòî÷íèêà ñâåòà D , ÷òî è íàáëþäàåòñÿ íà ïðàêòèêå (Ðèñóíîê 7, â). Äëÿ êðóãëîãî èñòî÷íèêà ñâåòà ñ ðàâíîìåðíîé ñâåòèìîñòüþ íîðìèðîâàííàÿ ôóíêöèÿ ïîïåðå÷íîé ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè (ñòåïåíü êîãåðåíòíîñòè) ñâåòà îïðåäåëÿåòñÿ âûðàæåíèåì [1,4,6,8]: D ⇒ Λ≈D 2 J (u ) u = πDΔx γ 12 (Δx ) = 1 , λz s , u
)
ãäå J 1 (u ) - ôóíêöèÿ Áåññåëÿ ïåðâîãî ïîðÿäêà. Ãðàôèê èçìåíåíèÿ ñòåïåíè êîãåðåíòíîñòè ïðèâåäåí íà Ðèñóíêå 8. Íà ãðàôèêå òî÷êàìè à, á, â, ã îòìå÷åíû 4 ïðèáëèçèòåëüíûõ çíà÷åíèÿ àðãóìåíòà u, ïðè êîòîðûõ ïîëó÷åíû ôîòîãðàôèè èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ, ïðèâåäåííûõ íà Ðèñóíêå 7. Ïðè u ≈ 3,83 (òî÷êà â) è ïîëîñû ïðàêòè÷åñêè èñ÷åçàþò (Ðèñóíîê 7, â).  ýòîì ñëó÷àå Δx ≈ 1,22 λ z s D = ρ c è áîëåå òî÷íîå ñîîòíîøåíèå ìåæäó ïåðèîäîì ïîëîñ è äèàìåòðîì èñòî÷íèêà äëÿ ýòîãî ñëó÷àÿ èìååì âèä D ≈ 1,22Λ . Äëÿ òî÷êè ã íà Ðèñóíêå 8 u ≈ 5,15 ñòåïåíü êîãåðåíòíîñòè γ12 ïðèíèìàåò îòðèöàòåëüíîå çíà÷åíèå γ 12 ≈ − 0,132 . Ñ ôèçè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ ýòî ýêâèâàëåíòíî ïîÿâëåíèþ äîïîëíèòåëüíîé ðàçíîñòè ôàç â π ðàä ìåæäó èíòåðôåðèðóþùèìè âîëíàìè. Ïîýòîìó â êàðòèíå Þíãà íàáëþäàåòñÿ îáðàùåíèå êîíòðàñòà ïîëîñ – íà ìåñòå ñâåòëûõ ïîëîñ ïîÿâëÿþòñÿ òåìíûå, öåíòðàëüíàÿ èíòåðôåðåíöèîííàÿ ïîëîñà íóëåâîãî ïîðÿäêà ñòàíîâèòñÿ òåìíîé (Ðèñóíîê 7, ã) [1,4].
108
Â.Ï. Ðÿáóõî, Î.À. Ïåðåïåëèöûíà, À.À. ×àóññêèé
(à)
(á)
(â)
(ã)
Ðèñóíîê 7. Óìåíüøåíèå êîíòðàñòà èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ Þíãà, íàáëþäàåìûõ â ëàáîðàòîðíîì ýêñïåðèìåíòå ïðè óâåëè÷åíèè ðàçìåðîâ èñòî÷íèêà ñâåòà è ñîîòâåòñòâóþùåì óìåíüøåíèè ïîïåðå÷íîãî ðàäèóñà ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè èçëó÷åíèÿ â ïëîñêîñòè ñïåêëîãðàììû: à, á - ρc > Δx ; â - ρ c ≈ Δx ; ã - ρ c > Δx - íàáëþäàåòñÿ ýôôåêò îáðàùåíèÿ êîíòðàñòà ïîëîñ: öåíòðàëüíàÿ ïîëîñà íóëåâîãî ïîðÿäêà ñòàíîâèòñÿ òåìíîé.
Èçó÷åíèå ýôôåêòà ïðîÿâëåíèÿ ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè ñâåòà...
1,0
109
γ (u) 12
0,8 0,6 0,4 0,2 0,0
à á
â
-0,2
2
4
u
ã 6
8
10
12
14
Ðèñóíîê 8. Ãðàôèê èçìåíåíèÿ ñòåïåíè ïîïåðå÷íîé ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè ñâåòà òåïëîâîãî èñòî÷íèêà êðóãëîé ôîðìû.
γ 12 (Δx ) = V (Δx )
Çàêëþ÷åíèå. Èñïîëüçîâàíèå ñïåöèàëüíîãî ýêðàíà ñ ìíîæåñòâîì ïàð èäåíòè÷íûõ îòâåðñòèé èëè ïðîçðà÷íûõ ïÿòåí, â ÷àñòíîñòè, ñïåêëîãðàììû ïîïåðå÷íîãî ñäâèãà, ñóùåñòâåííî óïðîùàåò ïîñòàíîâêó èíòåðôåðåíöèîííîãî îïûòà Þíãà. Ñòàíîâèòñÿ âîçìîæíîé äåìîíñòðàöèÿ ïîëîñ Þíãà â ëàçåðíîì ñâåòå â íåçàòåìíåííîé áîëüøîé ëåêöèîííîé àóäèòîðèè è, ãëàâíîå, ïîñòàíîâêà â îïòè÷åñêîì ïðàêòèêóìå îáùåãî êóðñà ôèçèêè ëàáîðàòîðíîé ðàáîòû ïî èçó÷åíèþ ïðîÿâëåíèÿ ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè ñâåòà òåïëîâûõ èñòî÷íèêîâ â êëàññè÷åñêîì èíòåðôåðåíöèîííîì ýêñïåðèìåíòå, êîòîðûì ÿâëÿåòñÿ îïûò Þíãà. Áîëåå ïîëíûé ýêñïåðèìåíò ïî èçó÷åíèþ ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè ñâåòà â ñõåìå Þíãà ïðåäïîëàãàåò èçìåðåíèå êîíòðàñòà ïîëîñ V â çàâèñèìîñòè îò ðàññòîÿíèÿ ìåæäó îòâåðñòèÿìè Δx è îïðåäåëåíèå ôóíêöèè ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè ïî ýòèì çíà÷åíèÿì . Òàêîé ýêñïåðèìåíò ñóùåñòâåííî ñëîæíåå âûøåîïèñàííîãî, ïîñêîëüêó òðåáóåò ôîòîýëåêòðè÷åñêîé ðåãèñòðàöèè èíòåðôåðåíöèîííîé êàðòèíû ñî âñåìè ñîïóòñòâóþùèìè ñëîæíîñòÿìè òåõíè÷åñêîãî õàðàêòåðà. Îäíàêî èñïîëüçîâàíèå âèäåîêàìåðû âìåñòî ãëàçà, ïëàòû ââîäà èçîáðàæåíèé â ïåðñîíàëüíûé êîìïüþòåð è ñîîòâåòñòâóþùåãî ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ îáðàáîòêè êàäðîâ èçîáðàæåíèé ïîçâîëèò âûïîëíèòü ýòó ïðîöåäóðó èçìåðåíèÿ êîíòðàñòà ïîëîñ è ñäåëàåò ýêñïåðèìåíò áîëåå íàãëÿäíûì è íàñûùåííûì ìåòîäè÷åñêè âàæíîé èíôîðìàöèåé.  çàêëþ÷åíèå òàêæå îòìåòèì, ÷òî ïðîñòðàíñòâåííàÿ êîãåðåíòíîñòü ñâåòà ïðîòÿæåííûõ èñòî÷íèêîâ ïðîÿâëÿåòñÿ íå òîëüêî â èíòåðôåðîìåòðàõ ñ äåëåíèåì ïî âîëíîâîìó ôðîíòó, ê êîòîðûì îòíîñèòñÿ ñõåìà Þíãà, íî è â èíòåðôåðîìåòðàõ ñ äåëåíèåì ïî àìïëèòóäå,
110
Â.Ï. Ðÿáóõî, Î.À. Ïåðåïåëèöûíà, À.À. ×àóññêèé
íàïðèìåð, â èíòåðôåðîìåòðå Ìàéêåëüñîíà. Êàê ïîêàçàíî â [21], ýòî ïðîÿâëåíèå ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè äîñòàòî÷íî ëåãêî íàáëþäàòü â äåìîíñòðàöèîííîì è ëàáîðàòîðíîì ýêñïåðèìåíòàõ. Ïîñòàíîâêà ýòèõ äâóõ ðàáîò íà áàçå ñõåìû Þíãà è èíòåðôåðîìåòðà Ìàéêåëüñîíà, íà íàø âçãëÿä, â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè óïðîñòèò èçó÷åíèå äîâîëüíî ñëîæíîãî ðàçäåëà êóðñà îïòèêè “Ïðîñòðàíñòâåííàÿ êîãåðåíòíîñòü ñâåòà”. Ðàáîòà âûïîëíåíà ïðè ïîääåðæêå ãðàíòà ÐÔÔÈ ¹ 00-15-96667, Ïðîãðàììà “Âåäóùèå íàó÷íûå øêîëû ÐÔ”, è ãðàíòà ¹ REC-006 of the U.S. Civilian Research & Development Foundation for the Independent States of the Former Soviet Union (CRDF).
Ëèòåðàòóðà 1.
Áîðí Ì., Âîëüô Ý. Îñíîâû îïòèêè. - Ì.: Íàóêà, 1973.
2.
Ôðàíñîí Ì., Ñëàíñêèé Ñ. Êîãåðåíòíîñòü â îïòèêå. – Ì.: Íàóêà, 1967.
3.
Àõìàíîâ Ñ.À., Äüÿêîâ Þ.Å., ×èðêèí À.À. Ââåäåíèå â ñòàòèñòè÷åñêóþ ðàäèîôèçèêó è îïòèêó. Ì.: Íàóêà, 1981.
4.
Ãóäìåí Äæ. Ñòàòèñòè÷åñêàÿ îïòèêà. - Ì.: Ìèð, 1988.
5.
Ëàíäñáåðã Ã.Ñ. Îïòèêà. Èçäàíèå 5-å. - Ì.: Íàóêà, 1976.
6.
Êàëèòååâñêèé Í.È. Âîëíîâàÿ îïòèêà. - Ì.: Âûñøàÿ øêîëà, 1995.
7.
Ìàòâååâ À.Í. Îïòèêà. – Ì.: Âûñøàÿ øêîëà, 1985.
8.
Áóòèêîâ Å.È. Îïòèêà. - Ì.: Âûñøàÿ øêîëà, 1986.
9.
Àõìàíîâ Ñ.À., Íèêèòèí Ñ.Þ. Ôèçè÷åñêàÿ îïòèêà. - Ì.: Èçä-âî Ìîñê. óí-òà, 1998.
10. Êàëèòååâñêèé Í.È. Äåìîíñòðàöèÿ êîãåðåíòíûõ ñâîéñòâ ãàçîâîãî ëàçåðà. – ÓÔÍ, 1966, Ò. 90. Âûï. 2, Ñ. 379-386. 11. Àëåøêåâè÷ Â.À., Êèñåëåâ Ä.Ô., Êîðæà÷êèí Â.Â. Ëàçåðû â ëåêöèîííîì ýêñïåðèìåíòå. – Ì.: Èçä-âî Ìîñê. Óí-òà, 1985. 12. Öîé Â.È., Áåðåçèí Ê.Â. Ðóêîâîäñòâî ê ëàáîðàòîðíûì ðàáîòàì ïî êóðñó îáùåé ôèçèêè. Îïòèêà. Âûï.7. Èíòåðôåðåíöèÿ è äèôðàêöèÿ ñâåòà: Ó÷åáíîå ïîñîáèå. – Ñàðàòîâ: Èçä-âî ÃîñÓÍÖ “Êîëëåäæ”, 1997. – 25 ñ. (html://optics.sgu.ru/info). 13. Ñòàëüìàõîâà Ë.Ñ., Âåëè÷êî À.Ã. Ðóêîâîäñòâî ê ëàáîðàòîðíûì ðàáîòàì ïî êóðñó îáùåé ôèçèêè. Îïòèêà. Âûï.2. Ðåôðàêòîìåòðèÿ: Ó÷åáíîå ïîñîáèå. – Ñàðàòîâ: Èçä-âî Ñàðàò. Óí-òà, 1986. – 25 ñ. (html://optics.sgu.ru/ info). 14. Àìñòèñëàâñêèé ß.Å. Ëåêöèîííàÿ äåìîíñòðàöèÿ îïûòà Þíãà. – ÓÔÍ, 1964. Ò. 83, Âûï.3, Ñ. 571-573. 15. Ãóäìåí Äæ. Ââåäåíèå â ôóðüå-îïòèêó. - Ì.: Ìèð, 1970. 16. Êîëüåð Ð., Áåðêõàðò Ê., Ëèí Ë. Îïòè÷åñêàÿ ãîëîãðàôèÿ. – Ì.: Ìèð, 1973. 17. Ôðàíñîí. Îïòèêà ñïåêëîâ. – Ì.: Ìèð, 1980. 18. Äæîóíñ Ð., Óàéêñ Ê. Ãîëîãðàôè÷åñêàÿ è ñïåêë-èíòåðôåðîìåòðèÿ. – Ì.: Ìèð, 1986. 19. Êëèìåíêî È.Ñ. Ãîëîãðàôèÿ ñôîêóñèðîâàííûõ èçîáðàæåíèé è ñïåêë-èíòåðôåðîìåòðèÿ. – Ì.: Íàóêà, 1988.
Èçó÷åíèå ýôôåêòà ïðîÿâëåíèÿ ïðîñòðàíñòâåííîé êîãåðåíòíîñòè ñâåòà...
111
20. Êèðèëëîâ Í.È. Âûñîêîðàçðåøàþùèå ôîòîìàòåðèàëû äëÿ ãîëîãðàôèè è ïðîöåññû èõ îáðàáîòêè. – Ì.: Íàóêà, 1979. 21. Ðÿáóõî Â.Ï., Ïåðåïåëèöûíà Î.À. Î ëîêàëèçàöèè èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ â ÷àñòè÷íî êîãåðåíòíîì ñâåòå// Ôèçè÷åñêîå îáðàçîâàíèå â âóçàõ, 2001, Ò. 7, ¹ 2, Ñ. 15-27.
