Coerenza nella luce
Quando si inizia a spiegare il fenomeno dell'interferenza luminosa, si fa notare che il fenomeno si manifesta purché si disponga di due sorgenti luminose coerenti. Per ottenerle si può ricorrere a un artificio, creando, per mezzo di due specchi quasi complanari, due immagini distinte della stessa sorgente. Si dice allora che i due raggi di luce uscenti sono certamente coerenti, essendo in realtà immagini dello stesso raggio. Immaginando la sorgente emittente come, per esempio, un filamento incandescente, o una fiamma mi figuro una produzione di onde luminose quale più confusionaria non si potrebbe immaginare! Fasi e piani di polarizzazione varianti a tutto campo! Ho difficoltà a figurarmi le onde coerenti che alla fine andranno a interferire. Mi aiutate a capire?
28 settembre 2005
Due immagini S1 e S2 di una stessa sorgente S (che, per semplicità supponiamo puntiforme) producono campi ottici elettrici E1(t) = E2(t) = E(t) sempre in fase tra loro e con la medesima polarizzazione, qualunque sia l'andamento nel tempo del campo ottico E(t) della sorgente primaria S, che potrebbe essere anche del tutto casuale, come avviene nel caso della luce proveniente da una sorgente termica (corpo nero, lampadina, Sole ecc.).
Le sorgenti virtuali S1 e S2 sono pertanto sempre mutuamente coerenti, anche se, singolarmente, esse emettono onde con ampiezze e fronti d'onda che variano in modo complicato e imprevedibile nel tempo. Il fenomeno dell'interferenza ha dunque luogo. Ad esempio, se il punto P è equidistante dalle sorgenti virtuali S1 e S2, il campo ottico in P è proporzionale alla somma (o alla differenza) dei campi E1(t) ed E2(t), che pertanto interferiscono costruttivamente (o distruttivamente) in P. Nel punto P si osserva una frangia chiara (o scura) rispetto al fondo. Questa frangia, detta frangia centrale, si osserva anche in luce bianca ed è usata in interferometria per trovare con precisione il punto P equidistante dalle sorgenti virtuali. La frangia centrale è chiara o scura secondo la configurazione sperimentale. Essa è chiara, ad esempio, nell'interferometro di Fresnel a due specchi ed è scura nell'interferometro di Lloyd a singolo specchio. Questo avviene perché, quando viene riflesso da uno specchio, il campo ottico viene sfasato di 180 gradi, qualunque sia la sua frequenza.
Attorno alla frangia centrale si osservano ulteriori frange di interferenza che si estendono simmetricamente ai lati di essa. L'estensione delle frange laterali dipende dal grado di monocromaticità della sorgente principale S. Per luce abbastanza monocromatica (larghezza di banda molto piccola rispetto alla frequenza di centro banda) le frange laterali sono tanto più estese tanto più è monocromatica la sorgente primaria. Nel caso di luce primaria monocromatica (come avviene nel caso delle sorgenti laser) le frange si estendono in tutto il piano di osservazione e hanno un buon contrasto. Per luce primaria bianca o a larga banda, come quella cui accenna il lettore, l'estensione delle frange laterali è molto ridotta e il loro aspetto dipende anche dalla banda passante del rivelatore di luce impiegato. Nel caso dell'occhio umano, le frange laterali appaiono colorate, molto fitte e debolmente contrastate. Lontano dalla zona delle frange, l'illuminazione è uniforme. Data l'estensione molto ridotta, l'osservazione a occhio delle frange laterali può essere agevolata dall'uso di un microscopio.
Enrico Santamato
Dipartimento di Scienze Fisiche, Università di Napoli Federico II
