Interferencia-mintázat. Ami a maximális és minimális

Interferencia minták - ez világos vagy sötét csíkok, amelyek miatt a sugarak, amelyek fázisban vagy fázis egymással. Fény hullámok és hasonlókat adagolunk, amikor alkalmazzák, ha a fázisok egybeesnek (irányába növekvő vagy csökkenő), vagy akkor azok kioltják egymást, ha azok ellentétes fázisúak. Ezek a jelenségek nevezzük konstruktív és destruktív interferenciát, ill. Ha monokromatikus fénynyaláb, mind a hullámok, amelyek az azonos hosszúságú, áthalad két keskeny réseken (a kísérlet először végzett 1801-ben Thomas Young angol tudós, aki, hála neki, arra a következtetésre jutott, hogy a hullám fény természete), a két kapott fénysugár lehet irányítani egy lapos képernyős, amely ahelyett, hogy a két egymást átfedő foltok képződnek interferencia csíkok - egyenletesen váltakozó mintázat a világos és sötét területek. Ezt a jelenséget használják, például az összes optikai interferométer.

ráhelyezés

A meghatározó jellemzője a szuperpozíció hullámok viselkedését írja le egymásra hullámok. Alapelve abban a tényben rejlik, hogy amikor a tér egy egymásra két hullámban, a keletkező zavar egyenlő az algebrai összege az egyes zavarok. Néha nagy zavarások ezt a szabályt megszegik. Ez az egyszerű viselkedés vezet számos hatása, hogy az úgynevezett interferencia jelenségek.

A jelenséget a interferencia jellemzi két véglet. A két hullám konstruktívan maxima egybeesnek, és ezek a fázisban egymással. Az eredmény az egymásra erősödése a zavar. Az amplitúdó a keletkező vegyes hullám egyenlő az összege az egyes amplitúdókat. Ezzel szemben, destruktív interferencia maximum egy hullám egybeesik a minimális második - azok ellenzék. A amplitúdója az egyesített hullám egyenlő a különbség a amplitúdók alkotóelemei. Abban az esetben, ha azok azonosak, ez befejeződött destruktív interferenciát, és zavarát a teljes közeg nulla.

Young kísérlet

Az interferencia minta a két forrás egyértelműen jelzi a jelenlétét az átfedő hullámok. Thomas Young azt javasolta, hogy a fény - egy hullám, amely engedelmeskedik a szuperpozíció elve. Híres eredmény volt a kísérleti bemutató a konstruktív és destruktív interferenciát fény 1801-ben a modern változata Young kísérlet jellegű csak abban különbözik, hogy az általa használt koherens fényforrások. Lézeres egyenletesen világít két párhuzamos rések a nem átlátszó felületen. Átmenő fényt rájuk, van egy távoli képernyőn. Amikor a szélessége a rések között lényegesen nagyobb, mint a hullámhossz, a szabályok geometriai optika megfigyelt - látható a képernyőn két megvilágított területeken. Azonban, azt a megközelítést, rések diffraktált fény és a hullámok a képernyőn vannak egymásra. Diffrakciós maga következménye a hullám fény természete és újabb példája annak, ezt a hatást.

Az interferencia mintázat

A szuperpozíció elve határozza meg a kapott intenzitás eloszlása a megvilágított képernyőn. Az interferencia mintázat akkor jelentkezik, amikor az út különbség a rés és a képernyő között egyenlő a teljes hullámhosszak száma (0, λ, 2λ, ...). Ez a különbség biztosítja, hogy a csúcsra jön ugyanabban az időben. A destruktív interferencia lép fel, ha az útvonal különbség egyenlő egész számú hullámhosszak offset felére (λ / 2, 3λ / 2, ...). Jung használt geometriai érveket, hogy azt mutatják, hogy a szuperpozíció vezet egy sor egymástól egyenlő távolságra szalagok vagy nagy intenzitású megfelelő területeket a régiók konstruktív interferenciát, elválasztva a sötét területek teljes romboló.

Lyuktávolság

Egy fontos paraméter geometriát két hasíték az arány a fény hullámhossza λ és a távolság közötti D lyukak. Ha λ / d sokkal kisebb, mint 1, a távolság a sávok kicsi lesz, és átfedő hatásokat nem figyeltünk meg. Használata szorosan elhelyezett rések, Jung képes volt osztani a világos és sötét területek. Így, aki meghatározta a hullámhosszon a látható fény színek. A rendkívül kis érték megmagyarázza, hogy miért ezeket a hatásokat figyeltek meg csak bizonyos feltételek mellett. Osztani a területeken konstruktív és destruktív interferencia, a távolságot a fény forrása hullámok nagyon kicsinek kell lennie.

hullámhossz

Megfigyelés interferencia hatások kihívást jelent két másik okból. A legtöbb fényforrás bocsát ki folytonos hullámhosszú spektrumot, ami kialakulása több interferencia minták egymásra, mindegyik egy intervallum a csíkok. Ez kiküszöböli a legkifejezettebb hatást, mint például az érintett teljes sötétségben.

összefüggés

E beavatkozás volt megfigyelhető hosszú ideig, azt kell használni koherens fényforrások. Ez azt jelenti, hogy a sugárforrások kell fenntartani az állandó fázis kapcsolatot. Például két harmonikus hullámok azonos frekvencián mindig van egy fix fázis kapcsolat az egyes térbeli pontban - akár fázisban vagy ellentétes fázisban, vagy valamilyen köztes állapotban. Azonban a legtöbb fényforrások bocsát ki az igazi harmonikus hullám. Ehelyett fényt bocsátanak ki, amelyben véletlen fázisváltozás millió alkalommal másodpercenként. Az ilyen sugárzás hívják inkoherens.

Ideális forrás - lézer

Interferencia továbbra is megfigyelhető, amikor egymásra hullámok a tér két inkoherens forrásból, de interferencia minták változhat véletlenszerűen, együtt egy véletlen fáziseltolás. Fényérzékelők, beleértve a szemet, nem lehet regisztrálni a gyorsan változó képet, és csak az átlagos intenzitását az idő. A lézersugár majdnem monokromatikus (m. E. Részei egyetlen hullámhosszon) és egy magasan. Ez egy ideális fényforrás megfigyelésére zavaró hatásokat.

Meghatározása frekvencia

Miután Jung 1802 Az intézkedés hullámhosszú látható fény korrelációban lehet eléggé pontos fénysebességgel időpontjában rendelkezésre álló kiszámításához a körülbelüli gyakorisággal. Például a zöld fény egyenlő körülbelül 6 × October ¹⁴ Hz. Ez sok nagyságrenddel nagyobb, mint a frekvencia mechanikai rezgések. Összehasonlításképpen, egy személy lehet hallani a hangját frekvenciákkal akár 2 × április ¹⁰ Hz. Pontosan mi változik ütemben még rejtély maradt a következő 60 évben.

Interferencia vékonyrétegek

A megfigyelt hatás nem korlátozódik a kettős rés geometriája által használt Thomas Young. Ha van egy reflexió és fénytörés a sugarak a két felület távolság választja el egymástól összehasonlítható a hullámhossz, interferencia lép fel, vékony filmek. A szerepe a fólia felületek közötti játszhat vákuum, levegő, folyadék vagy átlátszó szilárd test. A látható fény zavaró hatások által korlátozott méretű néhány mikrométer. Egy ismert példa az összes film egy buborék. Visszavert fény is, egy szuperpozíció két hullámban - az egyik tükröződik az elülső felülete, és a második - a hátán. Ezek átfedik a térben, és hozzáadjuk egymást. Attól függően, hogy a vastagsága a szappan film, két hullám kölcsönhatásba léphetnek konstruktív vagy destruktív. A teljes számítás a interferencia minta azt jelzi, hogy a fény egy hullámhossz λ konstruktív interferenciát tapasztalunk a film vastagsága λ / 4, 3λ / 4, 5λ / 4, stb, és a destruktív - .. A lambda / 2, λ, 3λ / 2, ...

Képletek kiszámításához

interferencia jelenség számos felhasználási, ezért fontos, hogy megértsük az alapvető egyenlet idetartozó. Az alábbi egyenletek lehetővé teszik a számítás a különböző értékek társított interferencia, annak két leggyakoribb esetben.

Elhelyezkedés fénycsíkok a Young kísérletben .. Azaz oldalak konstruktív interferencia segítségével számítható ki: y _fény. = (ΛL / d) m, ahol λ - hullámhossz; m = 1, 2, 3, ...; d - a rések közti távolság; L - távolság a megcélzott.

.. Hely sötét sávok, azaz a területek romboló kölcsönhatás adja meg: y _sötét. = (ΛL / d) (m + 1/2).

Más fajok interferenciát - vékony filmek - jelenlétében építő vagy romboló szuperpozíció meghatározza a fáziseltolás a visszavert hullámokat, amely függ a fólia vastagságát és törésmutatóját úgy. Az első egyenlet az esetet írja le hiányában ilyen váltást, és a második - egy műszak a fél hullámhossz:

2nt = mλ;

2nt = (m + 1/2) λ.

Itt, λ - hullámhossz; m = 1, 2, 3, ...; t - pályaszakaszának a filmben; N - törésmutatója.

Megfigyelés a természetben

Amikor süt a nap a buborék, akkor láthatjuk a fényes színes csíkok, mivel a különböző hullámhosszokon vannak kitéve destruktív interferenciát, és eltávolítják a reflexió. A fennmaradó visszavert fény jelenik meg a kiegészítő szín eltávolítására. Például, ha ennek eredményeként a destruktív interferencia, hiányzik a piros komponens, a visszaverődés kék lesz. A vékony olajfilm a vizet termel egy hasonló hatást. A természetben, a tollak valamilyen madár, beleértve a pávák és kolibrik, és a héj bizonyos bogarak fényesebbek, míg a változó szín, ha megváltoztatja a látószöget. optikai fizika itt a beavatkozás a fényhullámok visszavert a vékony réteges szerkezetek vagy tömböket tükröző rudak. Hasonlóképpen gyöngy és a héj írisz miatt szuperpozíció visszaverődés több réteg gyöngy. Drágakövek, mint opál, mutatnak szép interferencia minták által okozott fényszórás szabályos szerkezeteket kialakítva mikroszkopikus, gömb alakú részecskék.

kérelem

Sok technológiai alkalmazásokat fény interferencia jelenségek a mindennapi életben. Ezek alapján a fizika kamera optika. Normál lencsék tükrözésgátló bevonat egy vékony film. Vastagsága és fénytörési sugarak úgy vannak megválasztva, hogy készítsen kioltó interferenciát visszavert látható fény. További speciális bevonatok több réteg vékony filmek szánt elhaladó csak sugárzás egy szűk hullámhossz-tartományban, és így szűrőként használjuk. Többrétegű bevonatokat is használják, hogy növeljék a fényvisszaverő a tükrök csillagászati távcsövek, valamint az optikai lézeres rezonátor. Interferometria - pontos mérési módszerei regisztráció apró változások viszonylagos távolság - az azon a megfigyelésen alapul az eltolódások a világos és sötét sávok által visszavert fény. Például, méri, hogy mennyire az interferencia minta változik, lehetővé teszi, hogy állítsa be a görbületi felületek optikai alkatrészek optikai hullámhossz lebeny.