NEKA SVOJSTVA SVJETLOSTI

Poznato je da svjetlost frekvencije f možemo tretirati kao „roj čestica", kvanata energije, odnosno fotona, od kojih svaki ima energiju:

         E = hf

gdje je h Planckova konstanta, h = 6,62 x 10^-34Js.

Klasični dokaz za to je fotoefekt, tj. pojava izbijanja elektrona iz materije pod djelovanjem svjetlosti. Činjenica da postoji prag energije, odnosno minimalna frekvencija ispod koje svjetlost ne može izazvati fotoefekt - ne može se objasniti valnom, već jedino čestičnom prirodom svjetlosti. Naime, za izbijanje elektrona iz materije potrebno je da energija fotona upadne svjetlosti E, bude veća ili jednaka energiji vezanja elektrona E₀, čemu prema gornjoj relaciji odgovara frekvencija f₀, tj. hf₀ = E₀. Očito je, dakle, da svjetlost frekvencije manje od f₀ neće izazvati fotoefekt, što i objašnjava postojanje praga. S druge strane, svjetlost je i valna pojava elektromagnetske prirode. Govoreći o valnim svojstvima svjetlosti ne moramo se ograničiti samo na vidljivu svjetlost, već možemo u principu obuhvatiti široki spektar elektromagnetskih valova. Kao i svaki drugi elektromagnetski val, svjetlosni val sastoji se od elek­trične i magnetske komponente polja, koje su međusobno okomite.

(slika 1: elektromagnetski val)

Sinusne osiclacije magnetskog polja H, uzrokuju sinusne promjene električnog polja E. Za električno polje imamo:

                                                                                    (1)

gdje je faza, E₀ amplituda električnog polja, a w kružna frekvencija svjetlosnog

vala koji putuje u smjeru osi x.

Ako u odnosu na ishodište koordinatnog sistema postoji fazni pomak,, izraz za svjetlosni val može se pisati:

                                                                               (2)

Ako su kutna frekvencija (a s time i period T; ) i fazni pomak neovisni od vremena, onda se takav val naziva monokromatski val.

Veličina E ostaje nepromijenjena ako se na udaljenosti x doda , pa se može pisati:

                                                                          (3)

gdje je valna dužina.

Brzina prostiranja faze monokromatskog vala je:

gdje je c = 299,751,500 m/s, ili približno c = 3 x 10⁸ m/s.

Svjetlosno valno polje ovisi o međusobnim faznim odnosima pojedinih valova. Opišimo ga kvalitativno. Da bismo to učinili, pogodno je uvesti pojam prostorne koherencije za označavanje fiksnih faznih relacija u različitim tačkama prostora u istom vremenskom trenutku, odnosno vremenske koherencije za označavanje fiksnih faznih relacija u istoj tački prostora, ali u različita vremena. Možemo, dakle, govoriti o potpuno nekoherentnoj svjetlosti, koja nema ni prostorne ni vremenske koherencije i o potpuno koherentnoj, koja je i prostorno i vremenski koherentna. Naravno, između ovih krajnjih mogućnosti postoje i slučajevi vremenski koherentne a prostorno nekoherentne odnosno prostorno koherentne a vremenski nekoherentne svjetlosti.

Uzmemo li svjetlosno polje monokromatskog izvora, tada je potpuno nekoherentna svjetlost prikazana prostorno nepravilnim faznim odnosima pojedinih valova (slika), a potpuno koherentna pravilnim rasporedom faza u prostoru (slika).

Superpozicija valova koherentne svjetlosti dovešće u nekoj tački prostora do njihova poništavanja ili pojačavanja, već prema tome da li su u fazi ili protufazi - što nazivamo interferencijom.

(slika 2: nekoherentna i koherentna svjetlost)

(slika 3: konstruktivna (a) i destruktivna (b) interferencija)

Ako dva vala stižu u fazi u neku tačku, oni će se zbrojiti i pojačati intenzitet, što nazivamo konstruktivnom interferencijom (slika 3). Ako stižu u protufazi, oni će se poništiti ili samo oslabiti, što nazivamo destruktivnom interferencijom (slika 3). Interferencija, dakle, nastupa kao prirodna posljedica koherencije.