Интерференция в фокусе выпуклой линзы или вогнутого зеркала

Да, вы получаете интерференцию, но хорошо сконструированный объектив вносит достаточно фазового сдвига во фронт волны в каждой точке, чтобы интерференция была конструктивной. Поскольку линза имеет конечный размер, в фокусе будет наблюдаться некоторая интерференционная картина — нечто, известное как «кольца Эйри».

На самом деле линза работает именно за счет создания фазового сдвига между световыми лучами, идущими по разным путям, и после фазового сдвига луч меняет направление, потому что это направление, в котором интерференция является конструктивной.

Следующая диаграмма пытается объяснить это — я использую обычную конструкцию Гюйгенса, чтобы показать, что каждую точку на фронте волны можно рассматривать как источник волнового фронта, который распространяется во всех направлениях — с конечным фронтом волны, продолжающимся в том направлении, где все они конструктивно мешают. Синий клин — это призма — очень маленький кусочек линзы. Внутри призмы длина волны света короче (из-за показателя преломления линзы), поэтому волновые фронты (маленькие кружки), представляющие длину волны, расположены ближе друг к другу. Вы можете представить сферическую линзу состоящей из множества призм, каждая из которых действует одинаково (хотя разность фаз будет меняться в зависимости от толщины линзы). Обратите внимание, что на моем рисунке верхний луч имеет ровно одну длину волны внутри призмы и две снаружи. в то время как нижний луч имеет две длины волны внутри и только одну снаружи. В обоих случаях линия, соединяющая фронты волн, соответствует ровно трем длинам волн после входной плоскости призмы. Конечно, между этими двумя лучами бесконечно много лучей - если бы их не было, у вас было бы что-то похожее на эксперимент с щелями Юнга, и вы бы увидели интерференционные картины (несколько направлений, в которых может происходить конструктивная интерференция).

Кстати, картинка, которую вы показываете в своем вопросе, очень вводит в заблуждение. Лучи не «волшебным образом меняют направление» в центре линзы — вместо этого они преломляются как на входной, так и на выходной поверхности линзы. Ниже показано, что я имею в виду (на самом деле углы не совсем такие, как нарисованы — здесь игнорируется явление, называемое «сферической аберрацией», — но я надеюсь, вы поняли идею. Я нарисовал только несколько верхних лучей внутри линзы на красный; очевидно, то же самое верно и для нижней половины):

ОБНОВЛЕНИЕ , чтобы объяснить, как это работает для вогнутого зеркала:

Если вы возьмете произвольный луч, идущий параллельно горизонтальной оси на этом изображении:

Вы можете вычислить его длину как

Теперь, если мы хотим установить длину на постоянное значение независимо от$h$, мы можем сказать

Что описывает$y$как параболическая функция$h$. Другими словами - в параболическом (выпуклом) зеркале длина пути всех лучей до фокальной точки одинакова. Таким образом, в фокусе снова будет конструктивное вмешательство.

Нам не нужно предполагать, что свет распространяется по прямым линиям, когда он находится в однородном материале, таком как воздух или вода; даже это можно объяснить общим принципом квантовой теории. Кажется , что свет идет по прямой линии.$_1$

Свет на самом деле распространяется не только по прямой линии; он «нюхает» соседние пути вокруг себя и использует небольшое ядро ​​близлежащего пространства. (Точно так же зеркало должно иметь достаточный размер, чтобы нормально отражать: если зеркало слишком мало для ядра соседних путей, свет рассеивается во многих направлениях, независимо от того, куда вы поместите зеркало.)$_2$

В источнике каждый возбужденный атом испускает свет за время порядка$10^{-8}\text{s}$.$_3$Они могут излучать свет в разных направлениях и не обязательно фотоны должны образовывать прямую линию.$_4$

Так что, на мой взгляд, я чувствую, что мне не лучше обсуждать параллельные лучи, проходящие через линзу. В данном контексте точно лазер не рассматривается.

Цитата, которую нужно помнить всегда. «Совершенная ясность полезна для интеллекта, но вредна для воли» — Паскаль.

Кредиты: КЭД, странная теория света и материи$_1$Страница № 53$_2$Страница №54-Современная азбука физики$_3$Страница № 974.$_4$Необходима ссылка. Данные могут быть изменены, а номера страниц могут быть изменены в зависимости от изданий.