Давайте подумаем, что произойдет, если экран осветить двумя монохроматическими пучками света с одинаковой длиной волны и равной энергией. Казалось бы, при совмещении пучков освещенность экрана должна увеличиться вдвое. Но не торопитесь с ответом: результат зависит от разности фаз падающих на экран волн. Если эта разность непостоянна, то энергия потоков действительно просуммируется. Это имеет место, когда потоки идут от разных источников света. Картина изменится, если разность будет одинаковой в течение всего времени наблюдения, т. е. когда потоки когерентны. Тогда на экране появятся чередующиеся темные и светлые полосы. Это — интерференционная картина. Освещенность экрана от точки к точке меняется по синусоидальному закону. В минимумах она равна нулю, а в максимумах — в четыре раза превышает освещенность, создаваемую каждым потоком в отдельности. При этом никакого отступления от закона сохранения энергии здесь нет. Действительно, в местах минимумов световая энергия потоков не переходит в другие формы, например, в тепло. Все сводится лишь к перераспределению светового потока в плоскости экрана. Такая периодичность обусловлена разностью фаз между интерферирующими волнами. Световая волна, идущая от источника S1, проходит неодинаковые оптические пути до точек А, В и С на экране. Это означает, что фазы волны в этих точках разные. То же относится и к волне, исходящей от источника S2.


Если это так, то в точках А, В и С разность фаз интерферирующих лучей неодинакова. Участки экрана, в которые интерферирующие волны приходят с одинаковой фазой, наиболее освещены, а в противофазе — остаются темными. Расстояние между соседними максимумами (или минимумами) освещенности принято называть шириной полосы. Это важный параметр в интерферометрии, соответствующий изменению фазы на 2л.


Итак, для интерференции волн необходимыми условиями являются их пересечение и когерентность. Необходимыми, но недостаточными. Опыт показывает, что видимость полос наилучшая, если волны поляризованы одинаково. При взаимно перпендикулярной поляризации интерференция исчезает и область перекрытия световых пучков становится равномерно освещенной. Однако интерференционная картина контрастна не во всех областях пространства. Плоскость, где полосы наиболее ярки и контрастны, называют плоскостью локализации.


Вернемся к вопросу о когерентности. До появления лазеров в природе не существовало когерентных источников света. Однако лазеры — это детище 60-х гг. нашего столетия, а интерференция как область науки существует почти 200 лет. В этой связи нельзя не вспомнить способы получения когерентных волн: делением амплитуды волны и делением волнового фронта. Идея разделить амплитуду световой волны принадлежит Ньютону, для этого он направлял пучок света на плоскую стеклянную пластину так. Часть света отражалась первой поверхностью, другая часть проходила внутрь пластины и отражалась от ее второй поверхности. Оба отраженных пучка оказывались когерентными, поэтому, накладываясь друг на друга, они интерферировали. Интерференцию такого типа обычно называют интерференцией Ньютона.


В современных интерферометрах для деления амплитуды световой волны применяют обычно полупрозрачные зеркала, светоделительные, или поляризационные призмы. Интерференцию, полученную путем деления волны по фронту, называют интерференцией Френеля. Суть ее нагляднее всего демонстрирует опыт Юнга, который проводился по схеме. На непрозрачный экран, в котором прорезаны щели S1 и S2,падает сферическая волна. Проходя через щели, свет дифрагирует. В результате пучки расширяются и частично перекрывают друг друга, создавая интерференционную картину.


Оба типа интерференции играют важную роль в интерферометрии. Интерференция Ньютона, например, легла в основу интерферометров Физо, Майкельсона, Фабри-Перо, а в интерферометре Релея и звездном интерферометре Майкельсона используется интерференция Френеля.