Interferenčni vzorci. Pogoji za največjo in najmanjšo

Interferenčni vzorci - je lahka ali temne proge, ki jih žarkov, ki so v fazi ali v fazi med seboj povzročajo. Dodata Svetlobni valovi in podobno, ko se uporablja, če je njihovo faze sovpadajo (v smeri povečuje ali zmanjšuje), ali pa se medsebojno če so v protifazi. Ti pojavi so imenovane konstruktivne in destruktivne interference oz. Če monokromatsko svetlobnega snopa, vsi valovi, ki imajo enako dolžino, skozi dveh ozkih rež (poskus je bila prvič izvedena leta 1801, ki ga Thomas Young, angleški znanstvenik, ki je po njegovi zaslugi je prišel do zaključka, da je val narava svetlobe), lahko dva dobljenega žarek usmerjen na ravno zaslon, ki namesto dveh prekrivajočih se vložki so tvorjena interferenčne proge, - enakomerno izmenično vzorec svetlimi in temnimi področji. Ta pojav se uporablja, na primer, v vseh optičnih Interferometri.

superpozicija

Določujoča značilnost superpozicijo valov, ki opisuje obnašanje nad drugim valov. Njegov princip leži v dejstvu, da je nastalo motnje da kadar v prostoru drug preko drugega ležečem dveh valov enaka algebrske vsote posameznih motenj. Včasih pri velikih motenj je to pravilo kršeno. Ta preprosta vedenje vodi do številnih učinkov, ki se imenujejo motenj pojavov.

Pojav motenj je značilna dva ekstrema. Obe valovi konstruktivno maxima sovpadajo in so v fazi med seboj. Rezultat superpozicije je krepitev motenj. Amplituda dobljenega mešanega vala je enako vsoti posameznih amplitud. Nasprotno, destruktivno vmešavanje v obdobju največ enega vala sovpada z najmanj drugo - so v opoziciji. Amplituda kombiniranega vala je enaka razliki med amplitudami njenih sestavnih delov. V primeru, kjer so enaki, je popolna destruktivne interference in perturbacija celotnega medija nič.

Youngov poskus

Vzorec interferenca dveh virov jasno kaže na prisotnost prekrivajočih valov. Thomas Young je predlagal, da svetloba - val, ki uboga načelo superpozicije. Njegova znana dosežek je bil eksperimentalni dokaz za konstruktivne in destruktivne interference svetlobe leta 1801 Sodobna različica poskusa Youngovega v naravi razlikuje le v tem, da uporablja koherentne svetlobnih virov. Laserski enakomerno osvetli dveh vzporednih zarez v neprozorno površino. Svetloba, ki prehaja skozi njih, je oddaljeni zaslon. Ko je širina med režami bistveno večja od valovne dolžine, opazili pravila geometrijske optike - videti na zaslonu dveh osvetljenih območjih. Vendar pa je pristop rež razlomljena svetlobe in valovi na zaslonu se prikaže na drug drugega. Uklon je sam posledica valovne narave svetlobe, in še en primer tega učinka.

Vzorec poseg

Načelo superpozicije določa dobljeno porazdelitev intenzivnosti na osvetljenem zaslonu. Vzorec motenj pride, ko je razlika pot od reže do zaslona enako celotnemu številu valovnih dolžin (0 N, N, 2λ, ...). Ta razlika zagotavlja, da droge pridejo ob istem času. Destruktivne interference nastane, ko razlika pot enako celo število od valovnih dolžin zamaknjeni za polovično (λ / 2, 3λ / 2, ...). Jung uporablja geometrijske argumente za prikaz, da je seštevanje povzroča vrsto enakomerno razmaknjenih pasov ali območjih visokega intenzivnosti ustrezajo regije konstruktivne interference, ločenih s temnimi področji popolno destruktivno.

Razdalja med luknjami

Pomemben geometrija parametrov z dvema režami je razmerje λ svetlobnih valovnih dolžin in razdalja med luknjami d. Če je λ / d veliko manj kot 1, se bo razdalja med pasovi majhna in niso opazili prekrivajo učinki. Uporaba tesno razporejene reže, je Jung mogli razdeliti svetlimi in temnimi območji. Tako je določil valovne dolžine vidne svetlobe barv. Njihova zelo majhna vrednost pojasnjuje, zakaj so opazili ti učinki le pod določenimi pogoji. Razdeliti področja konstruktivne in destruktivne interference, mora biti razdalja med virom svetlobe valov zelo majhna.

Valovna dolžina

Opazovanje učinkov motenj je izziv za dveh drugih razlogov. Večina svetlobni viri oddaja neprekinjen valovne dolžine spektra, kar ima za posledico tvorbo več interferenčnih vzorcev, postavljenih drug od drugega v razmiku med progami. Ta odpravlja najbolj izrazite učinke, kot so območja popolni temi.

Koherencija

Ta poseg je mogoče opaziti v daljšem časovnem obdobju, je treba uporabiti usklajene vire svetlobe. To pomeni, da morajo biti viri sevanja vzdrževanje konstantne faze odnosa. Na primer, dve harmoničnih frekvenc iz iste frekvence vedno fazno razmerje pritrjenimi na vsaki točki v prostoru - bodisi v fazi ali v fazi opoziciji, ali v nekem vmesnem stanju. Vendar pa je večina virov svetlobe oddaja pravo harmonično val. Namesto tega oddajajo svetlobo, v kateri se pojavlja naključno sprememba faza milijone krat na sekundo. Takšno sevanje se imenuje nepovezano.

Idealen vir - laserski

Motnje je še vedno opaziti, ko prekriva valove v prostor dveh neskladne virov, vendar interferenčni vzorci razlikujejo naključno, skupaj z naključnim faznega zamika. Svetlobni senzorji, vključno z očmi, ne more registrirati hitro spreminjajočo se podobo, in le povprečno intenzivnost časa. Laserski žarek je skoraj dvobarvni (m. E. sestavljen iz ene same valovne dolžine) in krasu. To je idealen vir svetlobe za opazovanje posledic motenj.

Določitev frekvence

Po Jungu 1802 ukrepa valovnih dolžin vidne svetlobe je lahko povezana z ne dovolj natančno s svetlobno hitrostjo na voljo v času za izračun približno frekvenco. Na primer, zelena lučka enako okoli 6 x 10 ¹⁴ Hz. To je veliko redov velikosti večja od frekvence mehanskih vibracij. Za primerjavo, lahko oseba, ki sliši zvok s frekvencami do 2 x ¹⁰ aprila Hz. Kaj točno se giblje s hitrostjo, še vedno ostala skrivnost za naslednjih 60 let.

Motnje v tankih plasteh

Opaženi učinki niso omejeni na dvojno geometrije reže Thomas Young, ki se uporablja. Ko je odboj in lom žarkov od obeh površin, ločenih z roba primerljiva z valovno dolžino, motnje pri tankih plasti. Vloga filma med površinama lahko igrajo vakuumu zraka, tekoče ali prozoren trdno telo. V vidni svetlobi so posledice motenj omejen z velikostjo nekaj mikrometrov. Znana primer vse filma je mehurček. Svetloba se odbija od njega, je prekrivanje dveh valovih - eden se odbija od prednje površine, in drugi - na hrbtni strani. Se prekrivajo v prostoru in dodal, da med seboj. Odvisno od debeline mila folije, lahko oba vala konstruktivno ali destruktivno interakcijo. Popoln Izračun vzorca motenj kaže, da je za svetlobo z valovno dolžino λ je opaziti konstruktivna interferenca za debelino filma λ / 4 3λ / 4 5λ / 4, itd, in destruktivni - .. Za λ / 2, λ, 3λ / 2, ...

Formule za izračun

motnje pojav je veliko uporabe, zato je pomembno razumeti osnovne enačbe s tem v zvezi. Naslednje enačbe omogočajo izračun različnih vrednot, povezanih z motnjami, po dveh najpogostejših primerov.

Lokacija svetlobni trakovi v poskusu Young, .. Tj strani s konstruktivno interferenco lahko izračuna z izrazom: y _{je svetloba.} = (ΛL / d) m, kjer je λ - valovna dolžina; m = 1, 2, 3, ...; d - razdalja med režami; L - razdalja do ciljne.

.. Lokacija temni pasovi, tj območja destruktivno interakcije je podana z: y _{je temno.} = (ΛL / d) (m + 1/2).

Pri drugih motenj vrste - v tankih plasteh - prisotnost konstruktivne in destruktivne superpozicije določa fazni premik od odbitih valov, ki je odvisna od debeline nanosa in lomnega količnika njo. Prva enačba opisuje primer odsotnosti takšnega premika, in drugi - premik od polovice valovne dolžine:

2nt = mλ;

2nt = (m + 1/2) λ.

Tukaj, λ - valovna dolžina; m = 1, 2, 3, ...; t - pot vodi v filmu; n - lomni količnik.

Opazovanje narave

Ko sonce sije na mehurček, lahko vidite svetle barvne proge, saj so različne valovne dolžine izpostavljen destruktivne interference in odstrani iz razmislek. Preostali odbita svetloba pojavi kot dopolnilni odstranjevanje barve. Na primer, če je to posledica destruktivne interference odsoten rdeča komponenta bo odraz modra. Tanka folija olja na vodo proizvaja podoben učinek. V naravi so perje nekaterih ptic, vključno z pavi in kolibriji in lupin nekaterih hroščev pojavijo svetlejše, medtem ko spreminja barvo, ko spremenite zorni kot. optična fizika tu je poseg svetlobnega valovanja odbije od tankih plastnih struktur ali nizi odražajo palice. Podobno biseri in lupina so šarenice, zaradi superpozicije odsevov iz več plasti biser. Dragi kamni, kot opal, kažejo lepe interferenčnih vzorcev s sipanjem svetlobe od običajnih struktur, ki jih tvorijo mikroskopsko sferičnih delcev povzroča.

aplikacija

Obstaja veliko tehnoloških aplikacij svetlobnih pojavov motenj v vsakdanjem življenju. Temeljijo optiko fizika fotoaparata. Običajno leče antirefleksijski sloj je tanek film. Njegova debelina in lom žarkov so tako izbrana, da dobimo destruktivne interference odbite vidne svetlobe. Bolj specializirane prevleke so sestavljene iz več plasti tankih filmov za posredovanje le sevanja znotraj ozkega območja valovnih dolžin in zato se uporabljajo kot filtri. Večplastne prevleke se uporabljajo tudi za povečanje odbojnost ogledal astronomskih teleskopih, kot tudi optični laser resonatorji. Interferometrija - natančne merilne metode, ki se uporabljajo za prijavo majhne spremembe v relativni oddaljenosti - temelji na opazovanju premikov svetlobe in temnih pasov, ki jih odbite svetlobe. Na primer, merjenje, kako se spreminja vzorec poseg, omogoča določiti ukrivljenosti površin optičnih komponent v optičnem mešičke valovne dolžine.