Z zasady superpozycji fal wynika, że jeśli dwie fale przemieszczają się w tym samym ośrodku, to powodowane przez nie zaburzenia w danym punkcie przestrzeni nakładają się, tzn. dodają lub odejmują się w zależności od tego, czy są tego samego czy różnego znaku. Zjawiska związane z nakładaniem się fal noszą nawę interferencji. 

Zjawisko interferencji dla fal świetlnych zostało po raz pierwszy zaobserwowane i zinterpretowane jako przejaw falowej natury światła przez Thomasa Younga w 1801 roku.

Uproszczony schemat doświadczenia Younga przedstawia rysunek 10.2.1. Światło w postaci fali płaskiej pada na układ dwóch szczelin S1 i S2 w przesłonie P. Interesuje nas rezultat nałożenia się fal w punkcie A na ekranie E  ustawionym za szczelinami.  
Rys.10.2.1. Schemat doświadczenia Younga

Światło padające symbolizują równoległe niebieskie linie i strzałki z lewej strony. Promienie świetlne, które przeszły przez szczeliny  S1 i S2 docierają do punktu A, ale drogi ich r1 i r2 nie są takie same. Jeśli więc faza fali świetlnej była w płaszczyźnie szczelin taka sama, to w punkcie A będzie różna wskutek różnicy dróg. Warunek wzmocnienia lub wygaszenia wynika z geometrycznych zależności zilustrowanych na rysunku. Trzeba tu zwrócić uwagę, że w rzeczywistości odległość ekranu od przesłony jest o wiele większa niż odległość pomiędzy szczelinami tzn. H>>d . W takim przypadku promienie r1 i r2 są z dobrym przybliżeniem równoległe a trójkąty SBA i S1aS2 możemy uznać za podobne, co z kolei oznacza, że kąty ASB i S2S1a są sobie (w przybliżeniu) równe. ( Kąt ASB, który może być łatwo zmierzony,  oznaczyliśmy symbolem .)  Różnica dróg promieni od szczelin do punktu A równa jest odcinkowi S2a , który równy jest  . Jeśli różnica ta będzie równa całkowitej wielokrotności długości fali, to nastąpi wzmocnienie, jeśli równa będzie równa połówkowej liczbie długości fal - nastąpi wygaszenie. Warunek uzyskania maksimum natężenia fali wypadkowej zapiszemy w postaci

(10.2.1)

Warunek  uzyskania minimum, czyli wygaszania

(10.2.2)
 

Z postaci wzorów widzimy, że im mniejsza jest odległość pomiędzy szczelinami tym większa będzie wartość kąta dla którego wystąpi wzmocnienie (lub wygaszenie)  i tym większa będzie różnica kątowa pomiędzy maksimami bądź minimami, Rys. 10.2.2 

Rys 10.2.2. Ilustracja interferencji w doświadczeniu Younga dla dwóch różnych odległości pomiędzy szczelinami; z lewej - mniejszej, z prawej - większej. 

 Z kolei, przy danej wartości d  mniejszy kąt dla pierwszego maksimum będzie dla mniejszej długości fali czyli dla barwy fioletowej.

Uogólnijmy nasze rozważania. Rozpatrzmy dwie dowolne fale o tych samych amplitudach i częstościach, ale różniące się w fazą:

, (10.2.3a)

(10.2.3b)

gdzie stosujemy oznaczenia znane nam z poprzedniej lekcji. Jak wspominaliśmy już, w przypadku fal elektromagnetycznych jako zaburzenie y traktujemy zazwyczaj wartość wektora natężenia pola elektrycznego.

Zgodnie z zasadą superpozycji fal, zaburzenie wypadkowe w danym punkcie przestrzeni i momencie czasu będzie sumą zaburzeń pochodzących od obu fal  

(10.2.4)

Pamiętamy z trygonometrii, że . Stosując to do naszego przypadku otrzymujemy

(10.2.5)

Jako wynik, uzyskaliśmy sinusoidalną falę o tej samej częstości ale innej amplitudzie. Amplituda ta  zależy od , tj. różnicy faz pomiędzy falami. Maksymalna amplituda równa będzie podwojonej amplitudzie fal składowych, co nastąpi kiedy różnica faz będzie równa zeru. Amplituda równa zeru będzie dla różnicy faz równej , wtedy przeciwne w fazie zaburzenia będą się wzajemnie znosić. Dla innych różnic faz amplituda będzie przyjmować wartości pośrednie. 

Kiedy inne parametry  fal będą się różnić, fala wypadkowa nie musi być falą sinusoidalną. Możesz to sprawdzić teraz sam korzystając z załączonej poniżej ilustracji interaktywnej. 

MS-Excel Interaktywna ilustracja graficzna  

Kliknij w polu rysunku.

Rys.10.2.3. Interferencja fal.

 
Na zakończenie dwie uwagi:

1. W praktyce, dla spełnienia zarówno warunków równoległości jak i skończonej odległości H pomiędzy przesłoną i ekranem, stosuje się zwykle soczewkę skupiającą równoległe promienie w płaszczyźnie ogniskowej, gdzie umieszcza się ekran; patrz rysunek 10.2.4. 

2. Założyliśmy tu milcząco, że szerokość szczeliny jest zaniedbywanie mała w stosunku do odległości pomiędzy szczelinami. 

Rys.10.2.4. Soczewka skupia na ekranie promienie równoległe.

Przypadek ogólny, kiedy obie te wielkości są porównywalne, rozpatrzymy w następnym segmencie tej lekcji omawiając zjawiska dyfrakcji.