Podstata interference (z lat. inter = navzájem, fero = udeřím) čili skládání vlnění byla vyložena již v části o mechanickém vlnění. Vlnění, která přicházejí do určitého bodu z různých zdrojů, popř. ze stejného zdroje, ale po různých drahách, se v tomto bodě navzájem skládají. To znamená, že u mechanického vlnění se sčítají okamžité výchylky. U elektromagnetického vlnění se sčítají okamžité hodnoty elektrické složky a magnetické složky elektromagnetických vln.
Při interferenci mechanického vlnění jsme pozorovali zesilování a zeslabování vln v místech interferenčních maxim a minim. Podle toho bychom očekávali, že projeven interference světla bude rovněž jeho zesilování a zeslabování v různých bodech prostoru. Při použití běžných, tzv. přirozených zdrojů světla (slunce, žárovka, plamen) však nic podobného nepozorujeme. Pozorovatelná interference světla totiž nastává, když je splněn základní předpoklad, kterým je koherence světelného vlnění (z lat. cohaerens = související). Běžné zdroje světla vysílají nekoherentní záření, protože v nich jednotlivé atomy zcela chaoticky vyzařují světlo o různé frekvenci, světlo se pak skládá z neuspořádané směsi jednotlivých vln, které se vzájemně zesilují a zeslabují. Koherentní jsou světelná vlnění se stejnou frekvencí jejichž vzájemný fázový rozdíl v uvažovaném bodě prostoru se s časem nemění. Takovým zdrojem je třeba bodový zdroj světla (malá dírka ve stínítku) nebo laser.
Interferenční jevy poprvé pozorovali kolem roku 1663 Robert Boyle, nezávisle na něm Robert Hooke a později Isaac Newton. Ale až kolem roku 1801 byly provedeny první pokusy anglickým lékařem a fyzikem Thomasem Youngem, který navrhl jednoduchý postup, jímž lze získat koherentní světlo. Základní myšlenka historického tzv. Youngova pokusu spočívá v tom, že světlo z jediného nekoherentního zdroje se rozdělí do dvou svazků paprsků, v nichž mají světelná vlnění malý dráhový rozdíl. Young svůj pokus předvedl veřejně v Londýně v roce 1801. Do zatemněné místnosti přicházelo sluneční světlo úzkou štěrbinou. Takto vymezeným svazkem světelných paprsků osvětlil dvojici štěrbin v malé vzájemné vzdálenosti. Když světlo ze štěrbin dopadlo na stínítko umístěné ve větší vzdálenosti, bylo možné pozorovat barevné proužky rovnoběžné se štěrbinami – tzv. interferenční obrazec (interferogram).
Princip interference světla.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Pokud je použit monofrekvenční zdroj světla (např. laser), má interferogram podobu navzájem rovnoběžných, pravidelně rozložených světlých a tmavých proužků rovnoběžných se štěrbinami. Světlý proužek je v místě interferenčního maxima, kde je světelná energie nahromaděna a tmavý proužek v místě interferenčního minima, kde je intenzita světla velmi malá. Vznik proužků označil Young za výsledek interference světla, a tím i za nezvratný důkaz, že světlo je vlnění.
Jistě jste často pozorovali duhové zabarvení mýdlových bublin, křídel hmyzu, barevné úkazy na olejových vrstvách plovoucích na vodní hladině. Příčinou těchto jevů je interference světla, kterou můžeme vysvětlit pomocí interference dopadajícího světla a světla odraženého. Na tenkou olejovou vrstvu s indexem lomu n, tloušťky d, která plave na vodní hladině, dopadá kolmo monochromatické světlo vlnové délky λ. V bodě dopadu se světlo částečně odráží zpět do vzduchu, částečně prostupuje do oleje a odráží se na rozhraní s vodní hladinou.
Vznik interference světla na olejové vrstvě.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Na hladině se setkává světlo odražené se světlem, které prošlo vrstvou oleje a odrazilo se na rozhraní oleje a vody. Jejich setkání ve fázi nebo s opačnou fází se určuje podle tzv. optického dráhového rozdílu Δs. Světelná vlna, která prošla olejovou vrstvou, urazila dráhu 2d. Světlo ve vzduchu za tutéž dobu urazí dráhu 2nd. Tato hodnota je částí optického dráhového rozdílu. Protože při odrazu světla od prostředí opticky hustšího se mění fáze vlny v opačnou, doplňujeme do rozdílu člen λ/2, který tuto změnu fáze charakterizuje. Na rozhraní vody a oleje se při odrazu fáze nemění. Výsledný optický dráhový rozdíl je tedy určen vztahem
Je–li dráhový rozdíl roven sudému násobku poloviny vlnové délky, sečtou se amplitudy skládaných světelných vln a dojde k zesílení intenzity světla. Je–li dráhový rozdíl roven lichému násobku poloviny vlnové délky, dojde k zeslabení intenzity světla nebo k jeho vymizení. Interferenční maximum nastává pro
a interferenční minimum nastává pro
kde k = 1, 2, 3, … Je–li k = 1, mluvíme o maximu či minimu prvního řádu. Vztahy jsou uvedeny pro zjednodušený případ kolmého dopadu, dají se však zobecnit pro libovolný úhel dopadu.
Dopadá–li na olejovou vrstvu bílé světlo, některá jednoduchá světla se zesílí a některá vyruší, takže vzniká barevný interferenční obrazec. Střídání různých barev na mýdlové bublině a olejové vrstvě je způsobeno tím, že vrstvy nemají konstantní tloušťku a také tím, že světlo dopadá pod různými úhly. I příroda využívá interference světla – v křídlech některého hmyzu a ptáků. Například krásná modrá barva křídel motýla Morpho peleides není způsobena pigmenty, ale svojí strukturou. Tento motýl má na křídlech zvláštní, laminárně uspořádané nanostruktury, které odrážejí světlo a prostřednictvím interference ruší všechny barvy kromě modré. Díváme-li se na nanošupinky motýlích křídel, vidíme, že ve skutečnosti modrý motýl vlastně není modrý, ale je černý. Bílkovinné struktury na povrchu šupin mění světelné vlny na krásné metalické modré barvy. Na rozdíl od chemických pigmentů tyto fyzické barvy nikdy nevyblednou. Výzkumníci usilují o to, aby dosáhli podobného účinku. Snaží se vyrobit fólie, které při natažení mění svou barvu.
Motýl Morpho peleides.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.
