Interference světla

Výrazným projevem vlnových vlastností světla, zejména u světla monochromatického, je interference. Jev spočívá ve skládání různých příspěvků vlnění v daném místě (v případě světla elektrického a magnetického pole). Jeho projevem je vznik interferenční struktury - u monochromatického světla se projevující vznikem světlých a tmavých proužků, či ploch, u bílého světla duhovostí. Pro pozorování interference je důležitá koherence světla, tedy dobrá definovanost a uspořádanost světla (světlo z různých zdrojů má v daném místě stejnou fázi, neměnící se s časem). U přirozených zdrojů se vlastnosti světla nezmění (tedy světlo zůstane koherentní) jen na velmi vzdálenosti (0,01 mm). Teprve až s vynálezem laseru bylo umožněno pozorování interference při větších dráhových rozdílech (až několik metrů).

Interferenci lze pozorovat například při Youngově pokusu, ve kterém světlo z bodového zdroje dopadá na dvojici štěrbin. Při malé vzdálenosti štěrbin dochází k interferenci světla za štěrbinami, na stínítku se pozoruje interferenční obrazec, maxima vznikají v místech, kde světelná vlnění mají stejnou fázi, minima naopak v místech, kde mají fázi opačnou. Interferenci lze také pozorovat na tenké vrstvě (Newtonova skla). Interference je podstaná právě při záznamu a uchovávání třídimenzionální informace, v  holografii.

 Obecně lze říci, že jsou-li kdekoliv v prostoru přítomny dvě nebo více vln, je výsledná vlna součtem jednotlivých vln, tzv. uplatňuje se princip superpozice. Toto je obecná vlastnost platná v rámci tzv. lineární optiky, tedy pokud prostředí neinteraguje a není ovlivňováno vlnou samo o sobě. Pokud ovšem k takovýmto změnám v prostředí dochází (např. pro dostatečně silné optické vlny srovnatelné s vnitřními poli mezi jednotlivými stavebními částicemi látky), není již možno vlny jednoduše skládat, a pohybujeme se potom v oblasti tzv. nelineární optiky. V nelineární optice se tedy index lomu prostředí mění podle charakteru dopadajícího světla. I samotné světlo se může při průchodu nelineárním prostředím změnit, např. co se týče jeho frekvence (červené se změní na zelené apod.). Jinými slovy, záření je ovlivněno zářením, přes interakci s prostředím, které generuje záření nové, které se skládá se zářením původním. Podle toho, jaký je vztah mezi polem vybuzeným a polem dopadajícím, hovoří se o nelineárních jevech určitého řádu. Tak například mezi jevy druhého řádu (kvadratické) patří zdvojnásobování frekvence světelné vlny (generace druhé harmonické), směšování dvou vln a generování součtových nebo rozdílových frekvencí, zesílení třetí vlny pomocí dvou vln - parametrické zesílení), nebo elektrooptický jev. Mezi jevy třetího řádu patří ztrojnásobování frekvence světelné vlny (generace třetí harmonické), čtyřvlnová interakce, či optická fázová konjugace.

I v rámci lineární optiky lze ovšem sčítat pouze vlny jako takové (přesněji jejich komplexní amplitudy), a ne již intenzity těchto vln. Intenzita superpozice dvou či více vln totiž obecně není součtem intenzit jednotlivých vln. Důvodem je právě vzniklá interference mezi vlnami. Jestliže je tedy první vlna dána $U_1 = \sqrt{I_1}\cos(\varphi_1)$, kde I₁ je intenzita vlny, a $\varphi_1$ je její fáze, a totéž pro druhou vlnu: $U_2 = \sqrt{I_2}\cos(\varphi_2)$, potom je celková intenzita dána tzv. interferenční rovnicí $I = I_1 + I_2 + 2\sqrt{I_1 I_2}\cos(\varphi)$, kde $\varphi = \varphi_2 - \varphi_1$ je fázový rozdíl obou vln. Kromě součtu intenzit obou vln zde existuje třetí člen příslušný interferenci mezi oběma vlnami. Pokud je tento člen kladný, hovoříme o konstruktivní interferenci, pokud je záporný, jedná se o interferenci destruktivní. Dále je vidět, že interferenční člen si v sobě nese informaci o fázích obou vln (přesněji řečeno o jejich fázovém rozdílu), čehož se využívá právě v holografii. Interference představuje možnost prostorového přerozdělení optické intenzity: celková intenzita obou vln je I₁ + I₂, ale je přerozdělena podle fázových rozdílů do oblastí s intenzitou větší, a naopak s  intenzitou menší. Jevu interference využívají optické přístroje zvané interferometry. Interferometry detekují intenzity superpozic dvou vln, které urazily různé vzdálenosti (a mají tudíž různou fázi). Příkladem mohou být např. Mach-Zehnderův interferometr, Michelsonův interferometr, nebo interferometr Sagnacův.

Zpět: Disperze světla O úroveň výše: Světlo jakožto vlnění Pokračovat: Difrakce světla