Mô hình can thiệp. Quy định mức tối đa và tối thiểu

mô hình can thiệp - đó là sọc ánh sáng hoặc tối được gây ra bởi các tia trong số đó là ở giai đoạn hoặc ra khỏi giai đoạn với nhau. Sóng ánh sáng và các loại tương được bổ sung khi áp dụng, nếu giai đoạn của họ trùng (theo hướng tăng hoặc giảm), hoặc họ triệt tiêu lẫn nhau nếu họ đang ở vị tướng. Những hiện tượng này được gọi là sự giao thoa tăng cường và triệt tiêu, tương ứng. Nếu chùm ánh sáng đơn sắc, tất cả các sóng có cùng độ dài, đi qua hai khe hẹp (thí nghiệm lần đầu tiên được tiến hành vào năm 1801 bởi Thomas Young, nhà khoa học Anh, người, nhờ ông đi đến kết luận rằng bản chất sóng của ánh sáng), hai trong số những chùm quả có thể được hướng dẫn trên một màn hình phẳng mà thay vì hai điểm chồng chéo được hình thành vân giao thoa - thống nhất xen kẽ mô hình của ánh sáng và vùng tối. Hiện tượng này được sử dụng, ví dụ, trong tất cả các giao thoa kế quang học.

sự chồng lên nhau

Các đặc tính của sự chồng chất của sóng mô tả hành vi của sóng chồng. nguyên tắc của nó nằm trong thực tế là khi trong không gian của một chồng hai sóng, sự xáo trộn kết quả là bằng tổng đại số của các rối loạn cá nhân. Đôi lúc nhiễu loạn lớn quy tắc này bị vi phạm. hành vi đơn giản này dẫn đến một số hiệu ứng được gọi là hiện tượng giao thoa.

Hiện tượng giao thoa được đặc trưng bởi hai thái cực. Hai sóng thần xây dựng maxima trùng, và họ đang trong giai đoạn với nhau. Kết quả của sự chồng là việc tăng cường sự xáo trộn. Biên độ của sóng hỗn hợp kết quả là bằng tổng của biên độ cá nhân. Ngược lại, giao thoa triệt tiêu một cách tối đa của một làn sóng trùng với tối thiểu thứ hai - họ là đối lập. Biên độ của sóng kết hợp là bằng chênh lệch giữa biên độ của bộ phận cấu thành của nó. Trong trường hợp họ đều bình đẳng, nó được hoàn thành giao thoa triệt tiêu, và nhiễu loạn của tổng vừa là zero.

thí nghiệm Young

Các hình ảnh giao thoa của hai nguồn rõ ràng cho thấy sự hiện diện của những con sóng chồng chéo. Thomas Young cho rằng ánh sáng - một làn sóng mà tuân theo nguyên lý của chồng. thành tích nổi tiếng của ông là các cuộc biểu tình thử nghiệm của tính xây dựng và phá hoại sự can thiệp của ánh sáng trong năm 1801. Các phiên bản hiện đại của thí nghiệm Young trong tự nhiên chỉ khác ở chỗ nó sử dụng nguồn ánh sáng kết hợp. Laser thống nhất chiếu sáng hai khe song song trên bề mặt mờ đục. Ánh sáng truyền qua chúng, có một màn hình từ xa. Khi chiều rộng giữa các khe hở lớn hơn bước sóng đáng kể, các quy tắc của quang hình học quan sát - nhìn thấy trên màn hình hai khu vực được chiếu sáng. Tuy nhiên, cách tiếp cận của khe nhiễu xạ ánh sáng và những con sóng trên màn hình được chồng lên nhau. Nhiễu xạ là chính nó là một hệ quả của tính chất sóng của ánh sáng, nhưng một ví dụ về hiệu ứng này.

Các mô hình can thiệp

Nguyên tắc của chồng xác định sự phân bố cường độ kết quả trên màn hình được chiếu sáng. Các hình ảnh giao thoa xảy ra khi sự chênh lệch đường đi từ khe đến màn hình tương đương với toàn bộ số bước sóng (0, λ, 2λ, ...). Sự khác biệt này đảm bảo rằng mức cao đến cùng một lúc. giao thoa triệt tiêu xảy ra khi sự chênh lệch con đường tương đương với một số nguyên của bước sóng bù đắp bằng một nửa (λ / 2, 3λ / 2, ...). Jung sử dụng đối số hình học để chứng minh rằng sự chồng chất dẫn đến một loạt các ban nhạc khoảng cách bằng nhau hoặc các khu vực cường độ cao tương ứng với các vùng giao thoa tăng cường, ngăn cách bởi những vùng tối hoàn toàn hủy diệt.

lỗ khoảng cách

Một hình học tham số quan trọng với hai khe là tỷ số giữa λ bước sóng ánh sáng và khoảng cách giữa các lỗ d. Nếu λ / d là ít hơn nhiều hơn 1, khoảng cách giữa các ban nhạc sẽ nhỏ và các hiệu ứng chồng chéo không quan sát được. Sử dụng khe nằm khá gần nhau, Jung đã có thể phân ra sự sáng và vùng tối. Do đó, ông xác định các bước sóng của màu sắc ánh sáng nhìn thấy. giá trị vô cùng nhỏ của họ giải thích tại sao những hiệu ứng này được quan sát chỉ trong điều kiện nhất định. Để chia các lĩnh vực giao thoa tăng cường và phá hoại, khoảng cách giữa nguồn gốc của sóng ánh sáng phải rất nhỏ.

bước sóng

Quan sát các hiệu ứng giao thoa đang thách thức vì hai lý do khác. Hầu hết các nguồn sáng phát ra một quang phổ bước sóng liên tục, dẫn đến hình thành nhiều mô hình can thiệp chồng lên nhau, đều có một khoảng thời gian giữa các sọc. Điều này loại bỏ những ảnh hưởng rõ rệt nhất, chẳng hạn như các khu vực của bóng tối hoàn toàn.

sự liên lạc

sự can thiệp có thể được quan sát trong một thời gian dài của thời gian, nó là cần thiết để sử dụng nguồn ánh sáng kết hợp. Điều này có nghĩa rằng các nguồn bức xạ phải duy trì một mối quan hệ giai đoạn liên tục. Ví dụ, hai sóng hài hòa của cùng một tần số luôn luôn có một mối quan hệ pha cố định cho mỗi điểm trong không gian - hoặc trong giai đoạn hoặc đối lập giai đoạn, hoặc trong một số trạng thái trung gian. Tuy nhiên, hầu hết các nguồn sáng phát ra các sóng hài thật. Thay vào đó, họ phát ra ánh sáng, trong đó sự thay đổi giai đoạn ngẫu nhiên xảy ra hàng triệu lần mỗi giây. bức xạ như vậy được gọi là rời rạc.

nguồn lý tưởng - Laser

Sự can thiệp vẫn quan sát thấy khi chồng sóng trong khoảng thời gian hai nguồn rời rạc, nhưng mô hình can thiệp khác nhau một cách ngẫu nhiên, cùng với một sự thay đổi giai đoạn ngẫu nhiên. cảm biến ánh sáng, bao gồm cả mắt, không thể đăng ký một hình ảnh thay đổi nhanh chóng, và chỉ có cường độ trung bình của thời điểm đó. Các tia laser là gần như đơn sắc (m. E. Gồm một bước sóng duy nhất) và một highly-. Nó là một nguồn ánh sáng lý tưởng để quan sát hiệu ứng giao thoa.

Xác định tần số

Sau khi Jung 1802 của bước sóng đo ánh sáng nhìn thấy có thể tương quan với tốc độ không đủ chính xác của ánh sáng có sẵn tại thời để tính toán tần số gần đúng của nó. Ví dụ, ánh sáng màu xanh lá cây tương đương với khoảng 6 × ¹⁴ tháng 10 Hz. Đây là nhiều đơn đặt hàng của cường độ lớn hơn tần số của dao động cơ học. Để so sánh, một người có thể nghe thấy âm thanh với tần số lên đến 2 × 10 ⁴ Hz. Chính xác những gì thay đổi với một tốc độ vẫn còn là một bí ẩn trong 60 năm tới.

Can thiệp vào màng mỏng

Tác dụng quan sát không giới hạn hình học khe đôi được sử dụng bởi Thomas Young. Khi có một sự phản ánh và khúc xạ của tia từ hai bề mặt ngăn cách bởi một khoảng cách so sánh với các bước sóng, giao thoa xảy ra trong các bộ phim mỏng. Vai trò của bộ phim giữa các bề mặt có thể đóng một chân không, không khí, chất lỏng hoặc bất kỳ cơ thể rắn trong suốt. Trong ánh sáng nhìn thấy hiệu ứng giao thoa được giới hạn bởi kích thước của một vài micromet. Một ví dụ nổi tiếng của tất cả các bộ phim là một bong bóng. Ánh sáng phản xạ từ nó, là sự chồng chất của hai sóng - một là phản xạ từ bề mặt phía trước, và lần thứ hai - ở mặt sau. Họ chồng chéo trong không gian và bổ sung cho nhau. Tùy thuộc vào độ dày của bộ phim xà phòng, hai sóng có thể tương tác một cách xây dựng hoặc triệt tiêu. Một tính toán hoàn chỉnh các mô hình can thiệp chỉ ra rằng đối với ánh sáng có bước sóng λ giao thoa tăng cường được quan sát trong một độ dày màng của λ / 4, 3λ / 4, 5λ / 4, vv, và phá hoại - .. Để bước sóng / 2, λ, 3λ / 2, ...

Công thức để tính toán

Hiện tượng giao thoa là nhiều công dụng, vì vậy điều quan trọng là hiểu được phương trình cơ bản có liên quan. Các phương trình sau cho phép tính toán các giá trị khác nhau liên quan đến việc can thiệp, cho hai trường hợp phổ biến nhất của nó.

dải vị trí ánh sáng trong thí nghiệm Young, .. các trang web với giao thoa tăng cường Ie có thể được tính bằng biểu thức: y _{là ánh sáng.} = (ΛL / d) m, nơi λ - bước sóng; m = 1, 2, 3, ...; d - khoảng cách giữa các khe; L - khoảng cách nhắm mục tiêu.

.. Địa điểm ban nhạc tối, tức là các lĩnh vực tương tác phá hoại được cho bởi: y _{là bóng tối.} = (ΛL / d) (m + 1/2).

Đối với sự can thiệp loài khác - trong phim mỏng - sự hiện diện của chồng mang tính xây dựng hay phá hoại xác định độ lệch pha của các sóng phản xạ, mà phụ thuộc vào độ dày màng và chiết suất của nó. Phương trình đầu tiên mô tả các trường hợp không có một sự thay đổi như vậy, và lần thứ hai - một sự thay đổi của một nửa bước sóng:

2nt = mλ;

2nt = (m + 1/2) λ.

Ở đây, λ - bước sóng; m = 1, 2, 3, ...; t - con đường đi qua trong bộ phim; n - chỉ số khúc xạ.

Quan sát trong tự nhiên

Khi mặt trời chiếu sáng trên bong bóng, bạn có thể nhìn thấy các sọc màu tươi sáng, vì bước sóng khác nhau phải chịu giao thoa triệt tiêu và loại bỏ khỏi suy nghĩ. Ánh sáng phản xạ còn lại xuất hiện như một loại bỏ màu bổ sung. Ví dụ, nếu như là kết quả của giao thoa triệt tiêu vắng mặt thành phần màu đỏ, sự phản xạ sẽ có màu xanh. Bộ phim mỏng dầu trên mặt nước tạo ra một hiệu ứng tương tự. Trong tự nhiên, lông của một số loài chim, trong đó có con công và chim ruồi, và vỏ của một số bọ cánh cứng xuất hiện sáng hơn, trong khi thay đổi màu sắc khi bạn thay đổi góc nhìn. vật lý quang học ở đây là sự giao thoa của sóng ánh sáng phản xạ từ các cấu trúc lớp mỏng hoặc mảng phản ánh thanh. Tương tự như vậy ngọc trai và vỏ là iris, do sự chồng chất của phản xạ từ nhiều lớp ngọc trai. đá quý như Opal, triển lãm mô hình can thiệp đẹp do tán xạ ánh sáng từ các cấu trúc thường xuyên hình thành bởi các hạt hình cầu nhỏ.

ứng dụng

Có rất nhiều ứng dụng công nghệ của hiện tượng giao thoa ánh sáng trong cuộc sống hàng ngày. Họ đang dựa camera quang vật lý. Bình thường lớp phủ chống phản xạ ống kính là một màng mỏng. độ dày và khúc xạ của tia sáng của nó được nên lựa chọn để tạo ra giao thoa triệt tiêu của ánh sáng nhìn thấy phản ánh. lớp phủ nhiều chuyên ngành bao gồm nhiều lớp màng mỏng dành cho đi qua chỉ bức xạ trong một phạm vi bước sóng hẹp và do đó được sử dụng như các bộ lọc. lớp phủ nhiều lớp cũng được sử dụng để tăng hệ số phản xạ của gương của kính viễn vọng thiên văn, cũng như cộng hưởng laser quang học. Giao thoa - Phương pháp đo lường chính xác được sử dụng để đăng ký thay đổi nhỏ trong khoảng cách tương đối - được dựa trên quan sát sự thay đổi của ánh sáng và ban nhạc tối tạo ra bởi ánh sáng phản xạ. Ví dụ, một phép đo như thế nào mô hình can thiệp làm thay đổi, cho phép để thiết lập độ cong của bề mặt của các thành phần quang học trong một thùy bước sóng quang.