Εάν το φως που προέρχεται από μια πηγή χωριστεί με έναν ορισμένο τρόπο, για παράδειγμα, σε δύο δέσμες, και στη συνέχεια τοποθετηθούν η μία πάνω στην άλλη, τότε η ένταση στην περιοχή υπέρθεσης των ακτίνων θα αλλάξει από το ένα σημείο στο άλλο. Σε αυτήν την περίπτωση, σε ορισμένα σημεία, επιτυγχάνεται ένα μέγιστο έντασης, το οποίο είναι μεγαλύτερο από το άθροισμα των εντάσεων αυτών των δύο δεσμών, και ένα ελάχιστο, όπου η ένταση είναι ίση με μηδέν. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται παρεμβολή φωτός. Εάν οι έρπουσες δέσμες φωτός είναι αυστηρά μονόχρωμες, τότε πάντα εμφανίζονται παρεμβολές. Αυτό, φυσικά, δεν μπορεί να ισχύει για πραγματικές πηγές φωτός, αφού δεν είναι αυστηρά μονόχρωμες. Το πλάτος και η φάση μιας φυσικής πηγής φωτός υπόκεινται σε συνεχείς διακυμάνσεις και συμβαίνουν πολύ γρήγορα, έτσι ώστε το ανθρώπινο μάτι ή ένας πρωτόγονος φυσικός ανιχνευτής να μην μπορεί να ανιχνεύσει αυτές τις αλλαγές. Σε δέσμες φωτός που προέρχονται από διαφορετικές πηγές, οι διακυμάνσεις είναι απολύτως ανεξάρτητες· τέτοιες δέσμες λέγεται ότι είναι αμοιβαία ασυνάρτητες. Όταν αυτές οι πηγές παρεμβολής υπερτίθενται, δεν παρατηρούνται παρεμβολές· η συνολική ένταση είναι ίση με το άθροισμα των εντάσεων των μεμονωμένων δεσμών φωτός.
Μέθοδοι για τη λήψη παρεμβαλλόμενων δεσμών φωτός
Υπάρχουν δύο κοινές μεθόδουςλαμβάνουν δέσμες φωτός που μπορούν να παρεμβαίνουν. Αυτές οι μέθοδοι αποτελούν τη βάση της ταξινόμησης συσκευών που χρησιμοποιούνται στην συμβολομετρία.
Στο πρώτο από αυτά, η δέσμη φωτός χωρίζεται όταν περνά μέσα από τρύπες που βρίσκονται κοντά η μία στην άλλη. Αυτή η μέθοδος ονομάζεται μέθοδος διαίρεσης μετώπου κύματος. Ισχύει μόνο εάν χρησιμοποιούνται μικρές πηγές φωτός.
Η πρώτη πειραματική διάταξη για να καταδείξει την παρεμβολή του φωτός έγινε από τον Jung. Στο πείραμά του, το φως από μια σημειακή μονόχρωμη πηγή έπεσε σε δύο μικρές τρύπες σε μια αδιαφανή οθόνη, οι οποίες βρίσκονταν κοντά η μία στην άλλη σε ίσες αποστάσεις από την πηγή φωτός. Αυτές οι τρύπες στην οθόνη έγιναν δευτερεύουσες πηγές φωτός, δέσμες φωτός, από τις οποίες θα μπορούσαν να θεωρηθούν συνεκτικές. Οι δέσμες φωτός από αυτές τις δευτερεύουσες πηγές επικαλύπτονται, παρατηρείται ένα μοτίβο παρεμβολής στην περιοχή της επικάλυψης τους. Το μοτίβο παρεμβολής αποτελείται από έναν συνδυασμό φωτεινών και σκούρων ζωνών, οι οποίες ονομάζονται κρόσσια παρεμβολής. Βρίσκονται σε ίσες αποστάσεις μεταξύ τους και κατευθύνονται σε ορθή γωνία με τη γραμμή που συνδέει τις δευτερεύουσες πηγές φωτός. Τα κρόσσια παρεμβολής μπορούν να παρατηρηθούν σε οποιοδήποτε επίπεδο της περιοχής επικάλυψης αποκλίνουσες δέσμες από δευτερεύουσες πηγές. Τέτοια κρόσσια παρεμβολής ονομάζονται μη εντοπισμένα.
Στη δεύτερη μέθοδο, η δέσμη φωτός διαιρείται από μία ή περισσότερες επιφάνειες που εν μέρει αντανακλούν και εν μέρει μεταδίδουν φως. Αυτή η μέθοδος ονομάζεται μέθοδος διαίρεσης πλάτους. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εκτεταμένες πηγές. Το συν του είναι ότι με τη βοήθειά του επιτυγχάνεται μεγαλύτερη ένταση από τη μέθοδο διαίρεσης του μπροστινού μέρους.
Ένα μοτίβο παρεμβολής, το οποίο λαμβάνεται με διαίρεση του πλάτους, μπορεί να ληφθεί εάν μια επίπεδη-παράλληλη πλάκα από διαφανές υλικό φωτίζεται με φως από μια σημειακή πηγή οιονεί μονοχρωματικού φωτός. Ταυτόχρονα, δύο δέσμες έρχονται σε οποιοδήποτε σημείο που βρίσκεται στην ίδια πλευρά με την πηγή φωτός. Το ένα αντανακλούσε από την επάνω επιφάνεια της πλάκας, το άλλο αντανακλούσε από την κάτω επιφάνειά του. Οι ανακλώμενες ακτίνες παρεμβάλλονται και σχηματίζουν ένα μοτίβο παρεμβολής. Στην περίπτωση αυτή, οι λωρίδες σε επίπεδα που είναι παράλληλα με την πλάκα έχουν τη μορφή δακτυλίων, με άξονα κάθετο προς την πλάκα. Η ορατότητα τέτοιων δακτυλίων μειώνεται καθώς αυξάνεται το μέγεθος της πηγής φωτός. Εάν το σημείο παρατήρησης βρίσκεται στο άπειρο, τότε η παρατήρηση πραγματοποιείται με ένα μάτι που είναι προσαρμοσμένο στο άπειρο ή στο εστιακό επίπεδο του φακού του τηλεσκοπίου. Οι ακτίνες που ανακλώνται από την άνω και κάτω επιφάνεια της πλάκας είναι παράλληλες. Οι ζώνες που προκύπτουν από την παρεμβολή των ακτίνων που προσπίπτουν στο φιλμ υπό τις ίδιες γωνίες ονομάζονται ζώνες ίσης κλίσης. (Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τις παρεμβολές σε μια επίπεδη-παράλληλη πλάκα, ανατρέξτε στην ενότητα "Παρεμβολή σε λεπτές μεμβράνες")
Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1
| Ασκηση | Ποια είναι η θέση της δεύτερης φωτεινής ζώνης στο πείραμα του Young, εάν η απόσταση μεταξύ των σχισμών είναι b, η απόσταση από τις σχισμές μέχρι την οθόνη είναι l. Οι σχισμές φωτίζονται με μονόχρωμο φως με κερδισμένο μήκος ίσο με . |
| Λύση | Ας απεικονίσουμε την κατάσταση του φωτός που περνά από τις τρύπες ( και ) στην οθόνη στο πείραμα του Young (Εικ. 1). Η οθόνη είναι παράλληλη με το επίπεδο στο οποίο βρίσκονται οι τρύπες. Βρίσκουμε τη διαφορά στη διαδρομή των ακτίνων, με βάση το Σχ. 1:
Η μέγιστη συνθήκη για τις παρεμβαλλόμενες ακτίνες φωτός (δείτε την ενότητα "Παρεμβολή φωτός"): Σύμφωνα με την συνθήκη του προβλήματος, μας ενδιαφέρει η θέση του δεύτερου περιθωρίου παρεμβολής, επομένως: . Εφαρμόζοντας τις εκφράσεις (1.1) και (1.2), λαμβάνουμε:
Ας εκφράσουμε από τον τύπο (1.3):
|
| Απάντηση |  Μ |
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2
| Ασκηση | Στο πείραμα του Young, στη διαδρομή μιας από τις ακτίνες που προέρχονται από τη δευτερεύουσα πηγή, μια λεπτή γυάλινη πλάκα με δείκτη διάθλασης n τοποθετήθηκε κάθετα σε αυτή τη δέσμη. Σε αυτή την περίπτωση, το κεντρικό μέγιστο μετατοπίστηκε στη θέση που κατείχε προηγουμένως ο μέγιστος αριθμός m. Ποιο είναι το πάχος της πλάκας αν το μήκος κύματος του φωτός είναι ; |
| Λύση | Η διαφορά στη διαδρομή των ακτίνων παρουσία μιας πλάκας, δεδομένου ότι η δέσμη πέφτει στην πλάκα κατά μήκος της κανονικής, γράφουμε ως: |
Με την ίδια συχνότητα, τότε στο σημείο συνάντησης προκύπτει μοτίβο παρεμβολής. Ωστόσο, εάν προσπαθήσουμε να δημιουργήσουμε το ίδιο πείραμα χρησιμοποιώντας δύο ανεξάρτητες πηγές φωτός που εκπέμπουν το ίδιο φως, τότε δεν θα προκύψει μοτίβο παρεμβολής - στο σημείο συνάντησης και των δύο κυμάτων, θα παρατηρήσουμε απλώς το άθροισμα των εντάσεων φωτός.
Το 1675, ο Newton δημιούργησε μια ειδική εγκατάσταση " Τα δαχτυλίδια του Νεύτωναπου του επέτρεπε να παρατηρεί παρέμβαση, αλλά δεν βρήκε εξήγηση για την προέλευση των φωτεινών μέγιστων και ελάχιστων.
Το 1801, ο Thomas Young μπόρεσε να παρατηρήσει την παρεμβολή του φωτός χρησιμοποιώντας την εγκατάσταση:
.
ΛΑΜΠΡΌΣ Πηγή φωτόςΤο C εισέρχεται στη σχισμή S. Όταν το φωτεινό κύμα περιστρέφεται γύρω από τις άκρες αυτής της υποδοχής, δηλ. υπάρχει ένα φαινόμενο περίθλαση, φωτίζει δύο στενές σχισμές S 1 και S 2 . Λόγω του φαινομένου της περίθλασης, δύο κύματα αναδύονται και από τις δύο σχισμές, τα οποία επικαλύπτονται εν μέρει μεταξύ τους. Παρεμβολές εμφανίζονται σε αυτήν την περιοχή και στην οθόνη M μπορεί κανείς να δει ένα σύστημα μέγιστων και ελάχιστων παρεμβολών, που εμφανίζονται με τη μορφή κροσσών. Ο Thomas Young εξήγησε την προέλευση αυτών των κροσσών ως φαινόμενο παρεμβολής κυμάτων και υπολόγισε μήκος κύματος, έχοντας λάβει την τιμή λ ≈ 5 10 -7 m.
Εκτός από την εγκατάσταση Young, έχουν αναπτυχθεί μια σειρά από άλλες συσκευές που καθιστούν δυνατή την παρακολούθηση της εμφάνισης παρεμβολών φωτός.
Εάν η οθόνη με τη σχισμή S αφαιρεθεί στις ρυθμίσεις του Young, τότε η πηγή φωτός θα φωτίσει απευθείας τις σχισμές S 1 και S 2 . Σε αυτήν την περίπτωση, το μοτίβο παρεμβολής θα εξαφανιστεί. Αλλά η αφαίρεση της υποδοχής S δεν αλλάζει συχνότητα απόκρισης φωτός, και οι δύο υποδοχές - S 1 και S 2 - μεταδίδουν κύματα φωτός με την ίδια συχνότητα.
Μπορεί να φανεί ότι στην περίπτωση που η συνθήκη της ισότητας συχνότητας είναι επαρκής για την εμφάνιση παρεμβολής από την προσθήκη ημιτονοειδών κυμάτων και για ελαφρά κύματααυτή η συνθήκη δεν είναι αρκετή. Ο λόγος έγκειται στη μη ημιτονοειδικότητα των κυμάτων φωτός, η οποία παίζει καθοριστικό ρόλο στην περίπτωση παρεμβολής.
Όταν προστεθεί ασυνάρτητα κύματακαμία παρέμβαση? η μέση ένταση του κύματος σε οποιοδήποτε σημείο είναι ίση με το άθροισμα των εντάσεων των όρων των ασυνάρτητων κυμάτων.
Το μοτίβο παρεμβολής εμφανίζεται μόνο στην περίπτωση προσθήκης συνεκτικά κύματα φωτός. Αυτό καθιστά δυνατή την εξήγηση της παρουσίας της υποδοχής S στο πείραμα του Young. Σε αυτήν τη ρύθμιση, και οι δύο υποδοχές S 1 και S 2 βρίσκονται στο ίδιο μέτωπο κύματος και διεγείρονται από ένα κοινό τρένο(από έναν αριθμό διαταραχών με σπασίματα μεταξύ τους) που προέρχονται από τη σχισμή S. Επομένως, κύματα φωτός με την ίδια φάση εκπέμπονται και από τις δύο σχισμές, δηλ. συνεκτικά κύματα που δίνουν ένα μοτίβο παρεμβολής στην οθόνη.
Εάν αφαιρεθεί η υποδοχή S, τότε οι υποδοχές S 1 και S 2 θα διεγείρονται από διαφορετικά τρένα που προέρχονται από διαφορετικά τμήματα Σβέτα. Τα κύματα που προέρχονται και από τις δύο σχισμές θα είναι ασυνάρτητα και το σχέδιο παρεμβολής θα εξαφανιστεί.
Σε κάθε σημείο, δύο κύματα που διαδίδονται στο χώρο δίνουν το γεωμετρικό άθροισμα των ταλαντώσεων τους. Αυτή η αρχή ονομάζεται υπέρθεση κυμάτων. Αυτός ο νόμος τηρείται με απίστευτη ακρίβεια. Ωστόσο, σε σπάνιες περιπτώσεις μπορεί να αγνοηθεί. Αυτό ισχύει για καταστάσεις στις οποίες τα κύματα διαδίδονται σε πολύπλοκα μέσα, όταν η έντασή τους (πλάτος) γίνεται πολύ μεγάλο. Αυτή η αρχή σημαίνει ότι για κάποιους Ηλεκτρομαγνητικά κύματαδιαδίδοντας σε ένα συγκεκριμένο μέσο, το ίδιο το μέσο ανταποκρίνεται με έναν πολύ συγκεκριμένο τρόπο - αντιδρά μόνο σε ένα κύμα, σαν να μην υπήρχαν άλλα κοντά. Μαθηματικά, αυτό σημαίνει ότι σε οποιοδήποτε σημείο του επιλεγμένου μέσου, η ισχύς και η επαγωγή του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου θα είναι ίσες με το διανυσματικό άθροισμα των μαγνητικών επαγωγών και των δυνάμεων όλων των συνδυασμένων πεδίων. Λόγω της αρχής της υπέρθεσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, προκύπτουν φαινόμενα όπως η περίθλαση και η παρεμβολή του φωτός. Είναι ενδιαφέροντα από φυσική άποψη, επιπλέον, εκπλήσσουν με την ομορφιά τους.
Τι είναι η παρεμβολή;
Αυτό το φαινόμενο μπορεί να εξεταστεί μόνο σε συμμόρφωση με Ειδικές καταστάσεις. Η παρεμβολή φωτός είναι ο σχηματισμός ζωνών εξασθένησης και ενίσχυσης που εναλλάσσονται μεταξύ τους. Μία από τις σημαντικές προϋποθέσεις είναι η επιβολή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων (δέσμες φωτός) το ένα πάνω στο άλλο, και ο αριθμός τους να είναι από δύο ή περισσότερα. Το στάσιμο κύμα είναι μια ιδιαίτερη περίπτωση. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η παρεμβολή είναι ένα καθαρά κυματικό αποτέλεσμα, που ισχύει όχι μόνο για το φως. Σε ένα στάσιμο κύμα, το οποίο σχηματίζεται λόγω της υπέρθεσης σε ανακλώμενο ή προσπίπτον κύμα, παρατηρούνται μέγιστα (αντίνοδοι) και ελάχιστα (κόμβοι) έντασης, τα οποία εναλλάσσονται μεταξύ τους.
Βασικές προϋποθέσεις
Η παρεμβολή κυμάτων οφείλεται στη συνοχή τους. Τι σημαίνει αυτός ο όρος; Η συνοχή είναι η συνέπεια των κυμάτων σε φάση. Εάν δύο κύματα που προέρχονται από διαφορετικές πηγές τοποθετηθούν το ένα πάνω στο άλλο, τότε οι φάσεις τους θα αλλάξουν τυχαία. Τα φωτεινά κύματα είναι συνέπεια της ακτινοβολίας των ατόμων, επομένως καθένα από αυτά είναι το αποτέλεσμα της υπέρθεσης ενός τεράστιου αριθμού συστατικών.
Χαμηλά και ψηλά
Για την εμφάνιση «σωστών» ενισχύσεων και εξασθένησης των συνολικών κυμάτων στο χώρο, είναι απαραίτητο τα προστιθέμενα συστατικά να αλληλοεξουδετερώνονται σε ένα επιλεγμένο σημείο. Δηλαδή, για μεγάλο χρονικό διάστημα, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα θα έπρεπε να βρίσκονται σε αντιφάση ώστε η διαφορά φάσης να παραμένει πάντα η ίδια. Το μέγιστο εμφανίζεται τη στιγμή που τα συνιστώσα κύματα βρίσκονται στην ίδια φάση, δηλαδή όταν ενισχύονται. Η παρεμβολή φωτός παρατηρείται υπό την προϋπόθεση μιας σταθερής διαφοράς φάσης σε ένα δεδομένο σημείο. Και τέτοια κύματα ονομάζονται συνεκτικά.
φυσικές πηγές
Πότε μπορεί κανείς να παρατηρήσει ένα φαινόμενο όπως η παρεμβολή φωτός; Τα ακτινοβολούμενα ηλεκτρομαγνητικά κύματα από φυσικές πηγές είναι ασυνάρτητα επειδή δημιουργούνται τυχαία από διαφορετικά άτομα, συνήθως εντελώς ασυνεπή μεταξύ τους. Κάθε μεμονωμένο κύμα που απελευθερώνεται από ένα άτομο είναι ένα τμήμα ενός ημιτονοειδούς, απολύτως συνεπές με τον εαυτό του. Έτσι, είναι απαραίτητο να διαιρεθεί σε δύο ή περισσότερες δέσμες ένα ρεύμα φωτός που προέρχεται από την πηγή και στη συνέχεια να τοποθετηθούν οι προκύπτουσες δέσμες η μία πάνω στην άλλη. Σε αυτή την περίπτωση, θα μπορέσουμε να παρατηρήσουμε τα ελάχιστα και τα μέγιστα ενός τέτοιου φαινομένου όπως η παρεμβολή φωτός.
Παρακολούθηση επικαλυπτόμενων κυμάτων
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η παρεμβολή φωτός είναι μια πολύ ευρεία έννοια στην οποία το αποτέλεσμα της προσθήκης δέσμης φωτός σε ένταση δεν είναι ίσο με την ένταση μεμονωμένων δεσμών. Ως αποτέλεσμα αυτού του φαινομένου, υπάρχει μια ανακατανομή της ενέργειας στο χώρο - σχηματίζονται τα ίδια ελάχιστα και μέγιστα. Γι' αυτό το μοτίβο παρεμβολής είναι απλώς μια εναλλαγή σκοτεινών και ανοιχτόχρωμων ζωνών. Εάν χρησιμοποιείτε λευκό φως, τότε οι ρίγες θα βαφτούν σε διάφορα χρώματα. Πότε όμως στη συνηθισμένη ζωή συναντάμε ελαφριές παρεμβολές; Αυτό συμβαίνει αρκετά συχνά. Οι εκδηλώσεις του περιλαμβάνουν λεκέδες λαδιού στην άσφαλτο, σαπουνόφουσκες με τις ιριδίζουσες αποχρώσεις τους, το παιχνίδι του φωτός στην επιφάνεια σκληρυμένου μετάλλου, σχέδια στα φτερά μιας λιβελλούλης. Αυτή είναι όλη η παρεμβολή του φωτός σε λεπτές μεμβράνες. Στην πραγματικότητα, η παρατήρηση αυτού του αποτελέσματος δεν είναι τόσο εύκολη όσο μπορεί να φαίνεται. Εάν ανάβουν δύο όμοιοι λαμπτήρες, οι εντάσεις τους αθροίζονται. Γιατί όμως δεν υπάρχει επίδραση παρεμβολής; Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα βρίσκεται στην απουσία μιας τέτοιας επικάλυψης της πιο σημαντικής συνθήκης - της συνοχής των κυμάτων.
Διπρισμός Fresnel
Για να λάβουμε ένα μοτίβο παρεμβολής, ας πάρουμε μια πηγή, η οποία είναι μια στενή φωτιζόμενη σχισμή εγκατεστημένη παράλληλα με την άκρη του ίδιου του διπρίσματος. Το κύμα που προέρχεται από αυτό θα χωριστεί στα δύο λόγω διάθλασης στα μισά του διπρισμού και θα φτάσει στην οθόνη με δύο διαφορετικούς τρόπους, δηλαδή θα έχει διαφορά διαδρομής. Στην οθόνη, σε εκείνο το τμήμα της όπου επικαλύπτονται οι δέσμες φωτός από τα μισά του διπρίσματος, εμφανίζονται εναλλασσόμενες σκοτεινές και ανοιχτόχρωμες λωρίδες. Η διαφορά εγκεφαλικού επεισοδίου είναι περιορισμένη για κάποιους λόγους. Σε κάθε πράξη ακτινοβολίας, ένα άτομο απελευθερώνει μια λεγόμενη κυματική αμαξοστοιχία (συστήματα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων), η οποία διαδίδεται στο χώρο και στο χρόνο, διατηρώντας την ημιτονοειδή του. Η διάρκεια αυτού του τρένου περιορίζεται από την απόσβεση των φυσικών δονήσεων ενός σωματιδίου (ηλεκτρονίου) στο άτομο και τις συγκρούσεις αυτού του ατόμου με άλλα. Εάν το λευκό φως διέρχεται από ένα διπρισμό, τότε μπορεί να φανεί παρεμβολή χρώματος, όπως συνέβαινε με τις λεπτές μεμβράνες. Εάν το φως είναι μονόχρωμο (από μια εκκένωση τόξου σε κάποιο αέριο), τότε το σχέδιο παρεμβολής θα είναι απλώς ανοιχτόχρωμες και σκούρες ρίγες. Αυτό σημαίνει ότι τα μήκη κύματος των διαφορετικών χρωμάτων είναι διαφορετικά, δηλαδή το φως είναι διαφορετικών χρωμάτων και χαρακτηρίζεται από διαφορά στα μήκη κύματος.
Λήψη υπερτιθέμενων κυμάτων
Μια ιδανική πηγή φωτός είναι ένα λέιζερ (κβαντική γεννήτρια), το οποίο είναι από τη φύση του μια συνεκτική πηγή διεγερμένης ακτινοβολίας. Το μήκος ενός συνεκτικού τρένου λέιζερ μπορεί να φτάσει χιλιάδες χιλιόμετρα. Είναι χάρη στις κβαντικές γεννήτριες που οι επιστήμονες έχουν δημιουργήσει μια ολόκληρη περιοχή σύγχρονης οπτικής, την οποία ονόμασαν συνεκτική. Αυτός ο κλάδος της φυσικής είναι απίστευτα πολλά υποσχόμενος όσον αφορά τις τεχνικές και θεωρητικές προόδους.
Τομείς εφαρμογής του αποτελέσματος
Με μια ευρεία έννοια, η έννοια της «παρέμβασης φωτός» είναι μια διαμόρφωση στο χώρο της ροής ενέργειας και της κατάστασης ακτινοβολίας της (πόλωση) στην περιοχή τομής πολλών ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων (δύο ή περισσότερων). Αλλά πού χρησιμοποιείται αυτό το αποτέλεσμα; Η χρήση ελαφρών παρεμβολών είναι δυνατή σε διάφορους τομείς της τεχνολογίας και της βιομηχανίας. Για παράδειγμα, αυτό το φαινόμενο χρησιμοποιείται για τον έλεγχο ακριβείας των επιφανειών των επεξεργασμένων προϊόντων, καθώς και για μηχανικές και θερμικές καταπονήσεις σε μέρη, για τη μέτρηση των όγκων διαφόρων αντικειμένων. Επίσης, η παρεμβολή του φωτός έχει βρει εφαρμογή στη μικροσκοπία, στη φασματοσκοπία της υπέρυθρης και οπτικής ακτινοβολίας. Αυτό το φαινόμενο αποτελεί τη βάση της σύγχρονης τρισδιάστατης ολογραφίας και της ενεργού φασματοσκοπίας Raman. Βασικά, η παρεμβολή, όπως φαίνεται από τα παραδείγματα, χρησιμοποιείται για μετρήσεις υψηλής ακρίβειας και υπολογισμό των δεικτών διάθλασης σε διαφορετικά μέσα.
17.2. Μέθοδοι για τη λήψη μοτίβων παρεμβολών.
Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να αποκτήσετε μοτίβα παρεμβολών: Νεανική μέθοδος, Καθρέφτες Fresnel, Biprism Fresnelκαι τα λοιπά. Ας εξετάσουμε λεπτομερώς τη μέθοδο του Young.
Η πηγή του σετ είναι ένα έντονα φωτισμένο κενό μικρό(Εικ. 17.3), από την οποία το φωτεινό κύμα πέφτει σε δύο στενές ισαπέχουσες σχισμές και 
, παράλληλες υποδοχές μικρό. Έτσι, οι σχισμές παίζουν το ρόλο των συνεκτικών πηγών. Το μοτίβο παρεμβολής παρατηρείται στην οθόνη ( μι) βρίσκεται σε κάποια απόσταση από τις υποδοχές 
και 
. Σε αυτό το σκηνικό, ο Γιουνγκ έκανε την πρώτη παρατήρηση παρεμβολών.
17.3. Παρεμβολή σε λεπτές μεμβράνες.
Πλάκα σταθερού πάχους. Όταν ένα φωτεινό κύμα πέφτει σε μια λεπτή διαφανή πλάκα (ή φιλμ), εμφανίζεται ανάκλαση και από τις δύο επιφάνειες της πλάκας. Ως αποτέλεσμα, προκύπτουν δύο κύματα φωτός, τα οποία, υπό ορισμένες συνθήκες, μπορούν να παρέμβουν.
Αφήστε ένα επίπεδο κύμα φωτός (μια παράλληλη δέσμη φωτός) να πέσει σε ένα διαφανές επίπεδο-παράλληλη πλάκα (Εικ. 17.4). Ως αποτέλεσμα των αντανακλάσεων από τις επιφάνειες της πλάκας, μέρος του φωτός επιστρέφει στο αρχικό μέσο.
Δύο ακτίνες έρχονται σε οποιοδήποτε σημείο P που βρίσκεται στην ίδια πλευρά της πλάκας με την πηγή. Αυτές οι ακτίνες σχηματίζουν ένα μοτίβο παρεμβολής.
Για τον προσδιορισμό του τύπου των λωρίδων, μπορεί κανείς να φανταστεί ότι οι ακτίνες βγαίνουν από φανταστικές εικόνες μικρό 1 και μικρό 2 πηγές μικρόπου δημιουργούνται από τις επιφάνειες της πλάκας. Σε μια απομακρυσμένη οθόνη που βρίσκεται παράλληλα με την πλάκα, τα κρόσσια παρεμβολής μοιάζουν με ομόκεντρους δακτυλίους με κέντρο σε μια κάθετη προς την πλάκα που διέρχεται από την πηγή. μικρό. Αυτή η εμπειρία επιβάλλει λιγότερο αυστηρές απαιτήσεις για το μέγεθος της πηγής μικρόαπό τα πειράματα που συζητήθηκαν παραπάνω. Επομένως, είναι δυνατό ως μικρόχρησιμοποιήστε μια λάμπα υδραργύρου χωρίς βοηθητική οθόνη με μια μικρή τρύπα, η οποία παρέχει σημαντική φωτεινή ροή. Χρησιμοποιώντας ένα κομμάτι μαρμαρυγίας (πάχους 0,03 - 0,05 mm) μπορείτε να αποκτήσετε ένα φωτεινό σχέδιο παρεμβολής απευθείας στην οροφή και στους τοίχους της αίθουσας. Όσο πιο λεπτή είναι η πλάκα, τόσο μεγαλύτερη είναι η κλίμακα του σχεδίου παρεμβολής, δηλ. μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ των λωρίδων.
Ρίγες ίσης κλίσης. Ιδιαίτερα σημαντική είναι η ειδική περίπτωση παρεμβολής φωτός που ανακλάται από δύο επιφάνειες μιας επίπεδης-παράλληλης πλάκας, όταν το σημείο παρατήρησης Πείναι στο άπειρο, δηλ. Η παρατήρηση πραγματοποιείται είτε με ένα μάτι προσαρμοσμένο στο άπειρο, είτε σε μια οθόνη που βρίσκεται στο εστιακό επίπεδο ενός συγκλίνοντος φακού (Εικ. 17.5).
Σε αυτή την περίπτωση, και οι δύο δοκοί προέρχονται από μικρόΠρος το Π, παράγονται από μία προσπίπτουσα δέσμη και μετά από ανάκλαση από την μπροστινή και την πίσω επιφάνεια της πλάκας είναι παράλληλες μεταξύ τους. Η διαφορά οπτικής διαδρομής μεταξύ τους σε ένα σημείο Πίδια με τη γραμμή DC:
Εδώ nείναι ο δείκτης διάθλασης του υλικού της πλάκας. Υποτίθεται ότι υπάρχει αέρας πάνω από την πλάκα. . Επειδή 
,
(ηείναι το πάχος της πλάκας, 
και 
είναι οι γωνίες πρόσπτωσης και διάθλασης στην άνω όψη. 
), τότε για τη διαφορά διαδρομής λαμβάνουμε
Θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ότι όταν ένα κύμα ανακλάται από την επάνω επιφάνεια της πλάκας, σύμφωνα με τους τύπους Fresnel, η φάση του αλλάζει κατά π. Επομένως, η διαφορά φάσης δ των προστιθέμενων κυμάτων στο σημείο Πείναι ίσο με:
,
που 
είναι το μήκος κύματος στο κενό.
Σύμφωνα με τον τελευταίο τύπο, οι φωτεινές λωρίδες βρίσκονται σε σημεία για τα οποία 
, που Μ
– εντολή παρεμβολής. Η ζώνη που αντιστοιχεί σε μια δεδομένη σειρά παρεμβολής οφείλεται στο φως που πέφτει στην πλάκα σε μια καλά καθορισμένη γωνία α. Επομένως, αυτές οι μπάντες ονομάζονται παρέμβασηρίγες ίσης κλίσης.
Εάν ο αντικειμενικός άξονας είναι κάθετος στην πλάκα, τα κρόσσια μοιάζουν με ομόκεντρους δακτυλίους κεντραρισμένους στην εστίαση, με τη μέγιστη σειρά παρεμβολής στο κέντρο της εικόνας.
Οι λωρίδες ίσης κλίσης μπορούν να ληφθούν όχι μόνο στο ανακλώμενο φως, αλλά και στο φως που μεταδίδεται μέσω της πλάκας. Σε αυτή την περίπτωση, η μία από τις ακτίνες περνά απευθείας και η άλλη μετά από δύο αντανακλάσεις στο εσωτερικό της πλάκας. Ωστόσο, η ορατότητα των συγκροτημάτων είναι χαμηλή.
Για να παρατηρήσετε λωρίδες ίσης κλίσης, αντί για επίπεδη-παράλληλη πλάκα, είναι βολικό να χρησιμοποιήσετε συμβολόμετρο michelson (εικ.17.6). Εξετάστε το σχήμα του συμβολόμετρου Michelson: τα z1 και z2 είναι κάτοπτρα. Ο ημιδιαφανής καθρέφτης είναι επαργυρωμένος και χωρίζει τη δοκό σε δύο μέρη - η δοκός 1 και 2. Η δοκός 1, που ανακλάται από το z1 και το πέρασμα, δίνει, και η δοκός 2, που ανακλάται από το z2 και πιο μακριά, δίνει. Οι πλάκες είναι ίδιες σε μέγεθος Τοποθετείται για να αντισταθμίσει τη διαφορά στη διαδρομή της δεύτερης δοκού. Οι ακτίνες είναι συνεκτικές και παρεμβαίνουν.
Λωρίδες ίσου πάχους (σφηνοειδής παρεμβολή). Εξετάσαμε πειράματα παρεμβολής στα οποία η διαίρεση του πλάτους ενός φωτεινού κύματος από μια πηγή προέκυψε ως αποτέλεσμα μερικής ανάκλασης στις επιφάνειες μιας επίπεδης παράλληλης πλάκας. Τοπικές ζώνες με εκτεταμένη πηγή μπορούν επίσης να παρατηρηθούν υπό άλλες συνθήκες. Αποδεικνύεται ότι για μια αρκετά λεπτή πλάκα ή φιλμ (των οποίων οι επιφάνειες δεν χρειάζεται να είναι παράλληλες και γενικά επίπεδες), μπορεί κανείς να παρατηρήσει ένα μοτίβο παρεμβολής εντοπισμένο κοντά στην ανακλώσα επιφάνεια. Οι μπάντες που εμφανίζονται κάτω από αυτές τις συνθήκες ονομάζονται ρίγες ίσου πάχους . Σε λευκό φως, τα κρόσσια παρεμβολής είναι χρωματιστά. Επομένως, αυτό το φαινόμενο ονομάζεται χρώματα λεπτών μεμβρανών. Είναι εύκολο να παρατηρηθεί σε σαπουνόφουσκες, σε λεπτές μεμβράνες λαδιού ή βενζίνης που επιπλέουν στην επιφάνεια του νερού, σε μεμβράνες οξειδίου που εμφανίζονται στην επιφάνεια των μετάλλων κατά τη διάρκεια της απόσβεσης κ.λπ.
Εξετάστε το σχέδιο παρεμβολής που λαμβάνεται από πλάκες μεταβλητού πάχους (από σφήνα).
Οι κατευθύνσεις διάδοσης του φωτεινού κύματος που ανακλάται από τα άνω και κάτω όρια της σφήνας δεν συμπίπτουν (Εικ. 17.7). Οι ανακλώμενες και διαθλασμένες ακτίνες συναντώνται, επομένως το σχέδιο παρεμβολής όταν αντανακλάται από τη σφήνα μπορεί να παρατηρηθεί χωρίς τη χρήση φακού, εάν η οθόνη τοποθετηθεί στο επίπεδο των σημείων τομής των ακτίνων (ο φακός του ματιού τοποθετείται στην επιθυμητή επίπεδο).
Παρεμβολή θα παρατηρηθεί μόνο στη 2η περιοχή της σφήνας, αφού στην 1η περιοχή η διαφορά οπτικής διαδρομής θα είναι μεγαλύτερη από το μήκος συνοχής.
Αποτέλεσμα σημειακής παρεμβολής 
και η οθόνη καθορίζεται από τον γνωστό τύπο 
,
αντικαθιστώντας σε αυτό το πάχος της μεμβράνης στο σημείο πρόσπτωσης της δοκού ( 
ή 
). Το φως πρέπει να είναι παράλληλο (): αν αλλάζουν δύο παράμετροι ταυτόχρονα σικαι α, τότε δεν θα υπάρχει σταθερό μοτίβο παρεμβολής.
Δεδομένου ότι η διαφορά στη διαδρομή των ακτίνων που αντανακλώνται από διαφορετικά μέρη της σφήνας δεν θα είναι η ίδια, ο φωτισμός της οθόνης θα είναι ανομοιόμορφος, θα υπάρχουν σκούρες και ανοιχτόχρωμες ρίγες στην οθόνη (ή έγχρωμες ρίγες όταν φωτίζεται με λευκό φως , όπως φαίνεται στο Σχ. 17.8). Κάθε μία από αυτές τις λωρίδες προκύπτει ως αποτέλεσμα ανάκλασης από τμήματα της σφήνας με το ίδιο πάχος, επομένως ονομάζονται ρίγες ίσου πάχους .
Τα δαχτυλίδια του Νεύτωνα.Το σχήμα 17.9 δείχνει ένα πλαίσιο στο οποίο στερεώνονται δύο γυάλινες πλάκες. Ένα από αυτά είναι ελαφρώς κυρτό, έτσι ώστε οι πλάκες να ακουμπούν το ένα το άλλο σε κάποιο σημείο. Και σε αυτό το σημείο παρατηρείται κάτι περίεργο: γύρω του εμφανίζονται δαχτυλίδια. Στο κέντρο είναι σχεδόν άχρωμα, λίγο πιο πέρα λαμπυρίζουν με όλα τα χρώματα του ουράνιου τόξου και προς την άκρη χάνουν τον χρωματικό τους κορεσμό, ξεθωριάζουν και εξαφανίζονται.
Κάπως έτσι μοιάζει το πείραμα που τον 17ο αιώνα έθεσε τα θεμέλια για τη σύγχρονη οπτική. Ο Νεύτωνας μελέτησε αυτό το φαινόμενο λεπτομερώς, βρήκε σχέδια στη διάταξη και το χρώμα των δακτυλίων και τα εξήγησε επίσης με βάση τη σωματιδιακή θεωρία του φωτός.
Δαχτυλίδιρίγες ίσου πάχους που παρατηρείται στο διάκενο αέρα μεταξύ της κυρτής σφαιρικής επιφάνειας επαφής ενός φακού μικρής καμπυλότητας και μιας επίπεδης γυάλινης επιφάνειας ονομάζονταιΤα δαχτυλίδια του Νεύτωνα .
|
|
Το κοινό κέντρο των δακτυλίων βρίσκεται στο σημείο επαφής. Στο ανακλώμενο φως, το κέντρο είναι σκοτεινό, καθώς όταν το πάχος του διακένου αέρα είναι πολύ μικρότερο από το μήκος κύματος, η διαφορά φάσης των παρεμβαλλόμενων κυμάτων οφείλεται στη διαφορά των συνθηκών ανάκλασης σε δύο επιφάνειες και είναι κοντά στο π. Πάχος ηΤο διάκενο αέρα σχετίζεται με την απόσταση rστο σημείο επαφής:
.
Εδώ χρησιμοποιείται η συνθήκη 
. Όταν παρατηρούνται κατά μήκος του κανονικού, οι σκούρες ζώνες, όπως ήδη σημειώθηκε, αντιστοιχούν στο πάχος 
, έτσι για την ακτίνα 
Μο σκοτεινός δακτύλιος παίρνουμε
(Μ
= 0, 1, 2, …).
Εάν ο φακός απομακρυνθεί σταδιακά από τη γυάλινη επιφάνεια, τότε οι δακτύλιοι παρεμβολής θα συρρικνωθούν προς το κέντρο. Καθώς η απόσταση αυξάνεται, η εικόνα παίρνει την προηγούμενη μορφή της, αφού τη θέση κάθε δαχτυλιδιού θα καταλάβει ένα δαχτυλίδι της επόμενης τάξης. Με τη βοήθεια των δακτυλίων του Νεύτωνα, όπως και στο πείραμα του Young, μπορεί κανείς να προσδιορίσει κατά προσέγγιση το μήκος κύματος του φωτός με σχετικά απλά μέσα.
Ετσι, ρίγες ίσης κλίσης που λαμβάνεται με το φωτισμό μιας πλάκας σταθερού πάχους διάσπαρτο φως, που περιέχει ακτίνες διαφορετικών κατευθύνσεων. Ρίγες ίσου πάχους παρατηρείται όταν φωτίζεται μια πλάκα μεταβλητού πάχους(σφήνα) παράλληλη δέσμη φωτός. Ζώνες ίσου πάχους εντοπίζονται κοντά στην πλάκα.
| " |
Τα μοτίβα παρεμβολής είναι φωτεινές ή σκούρες ζώνες που προκαλούνται από δέσμες που βρίσκονται σε φάση ή εκτός φάσης μεταξύ τους. Όταν υπερτίθενται, το φως και τα παρόμοια κύματα αθροίζονται εάν οι φάσεις τους συμπίπτουν (και προς την κατεύθυνση της αύξησης και της μείωσης) ή αντισταθμίζουν το ένα το άλλο εάν βρίσκονται σε αντιφάση. Αυτά τα φαινόμενα ονομάζονται εποικοδομητική και καταστροφική παρεμβολή, αντίστοιχα. Εάν μια δέσμη μονόχρωμης ακτινοβολίας, που όλες έχουν το ίδιο μήκος κύματος, περάσει από δύο στενές σχισμές (το πείραμα διεξήχθη για πρώτη φορά το 1801 από τον Thomas Young, έναν Άγγλο επιστήμονα που, χάρη σε αυτόν, κατέληξε στο συμπέρασμα για την κυματική φύση φωτός), οι δύο προκύπτουσες δέσμες μπορούν να κατευθυνθούν σε μια επίπεδη οθόνη, στην οποία, αντί για δύο επικαλυπτόμενα σημεία, σχηματίζονται κρόσσια παρεμβολής - ένα μοτίβο ομοιόμορφων εναλλασσόμενων φωτεινών και σκοτεινών περιοχών. Αυτό το φαινόμενο χρησιμοποιείται, για παράδειγμα, σε όλα τα οπτικά παρεμβολόμετρα.
Προσθήκη
Το καθοριστικό χαρακτηριστικό όλων των κυμάτων είναι η υπέρθεση, η οποία περιγράφει τη συμπεριφορά των υπερτιθέμενων κυμάτων. Η αρχή του είναι ότι όταν περισσότερα από δύο κύματα υπερτίθενται στο χώρο, η προκύπτουσα διαταραχή είναι ίση με το αλγεβρικό άθροισμα των επιμέρους διαταραχών. Μερικές φορές αυτός ο κανόνας παραβιάζεται για μεγάλες διαταραχές. Αυτή η απλή συμπεριφορά οδηγεί σε μια σειρά από αποτελέσματα, τα οποία ονομάζονται φαινόμενα παρεμβολής.
Το φαινόμενο της παρεμβολής χαρακτηρίζεται από δύο ακραίες περιπτώσεις. Στα εποικοδομητικά μέγιστα των δύο κυμάτων συμπίπτουν, και είναι σε φάση μεταξύ τους. Το αποτέλεσμα της υπέρθεσης τους είναι η αύξηση της διαταραχής. Το πλάτος του μικτού κύματος που προκύπτει είναι ίσο με το άθροισμα των επιμέρους πλατών. Και, αντίστροφα, σε καταστροφικές παρεμβολές, το μέγιστο ενός κύματος συμπίπτει με το ελάχιστο του δεύτερου - είναι σε αντιφάση. Το πλάτος του συνδυασμένου κύματος είναι ίσο με τη διαφορά μεταξύ των πλατών του συστατικά μέρη. Στην περίπτωση που είναι ίσα, η καταστροφική παρεμβολή είναι πλήρης και η συνολική διαταραχή του μέσου είναι ίση με μηδέν.
Το πείραμα του Young
Το μοτίβο παρεμβολής από δύο πηγές δείχνει ξεκάθαρα την παρουσία επικαλυπτόμενων κυμάτων. πρότεινε ότι το φως είναι ένα κύμα που υπακούει στην αρχή της υπέρθεσης. Το διάσημο πειραματικό του επίτευγμα ήταν η επίδειξη εποικοδομητικού και καταστροφικού το 1801. Η σύγχρονη εκδοχή του πειράματος του Young διαφέρει ουσιαστικά μόνο στο ότι χρησιμοποιεί συνεκτικές πηγές φωτός. Το λέιζερ φωτίζει ομοιόμορφα δύο παράλληλες σχισμές σε μια αδιαφανή επιφάνεια. Το φως που περνά μέσα από αυτά παρατηρείται σε μια απομακρυσμένη οθόνη. Όταν το πλάτος μεταξύ των σχισμών υπερβαίνει σημαντικά το μήκος κύματος, ακολουθούνται οι κανόνες της γεωμετρικής οπτικής - δύο φωτισμένες περιοχές είναι ορατές στην οθόνη. Ωστόσο, καθώς οι σχισμές πλησιάζουν η μία την άλλη, το φως διαθλάται και τα κύματα στην οθόνη επικαλύπτονται μεταξύ τους. Η ίδια η περίθλαση είναι συνέπεια της κυματικής φύσης του φωτός και είναι ένα άλλο παράδειγμα αυτού του φαινομένου.
μοτίβο παρεμβολής
Καθορίζει την κατανομή της έντασης που προκύπτει στη φωτισμένη οθόνη. Ένα μοτίβο παρεμβολής εμφανίζεται όταν η διαφορά διαδρομής από τη σχισμή στην οθόνη είναι ίση με έναν ακέραιο αριθμό μηκών κύματος (0, λ, 2λ, ...). Αυτή η διαφορά διασφαλίζει ότι τα υψηλά φτάνουν ταυτόχρονα. Η καταστροφική παρεμβολή εμφανίζεται όταν η διαφορά διαδρομής είναι ένας ακέραιος αριθμός μηκών κύματος μετατοπισμένος κατά το ήμισυ (λ/2, 3λ/2, ...). Ο Jung χρησιμοποίησε γεωμετρικά επιχειρήματα για να δείξει ότι η υπέρθεση οδηγεί σε μια σειρά από ομοιόμορφα κατανεμημένες ζώνες ή περιοχές υψηλής έντασης που αντιστοιχούν σε περιοχές εποικοδομητικής παρεμβολής που χωρίζονται από σκοτεινές περιοχές πλήρους καταστροφικής παρεμβολής.
Απόσταση μεταξύ των οπών
Μια σημαντική παράμετρος της γεωμετρίας της διπλής σχισμής είναι ο λόγος του μήκους κύματος φωτός λ προς την απόσταση μεταξύ των οπών d. Εάν το λ/d είναι πολύ μικρότερο από 1, τότε η απόσταση μεταξύ των κροσσών θα είναι μικρή και δεν θα παρατηρούνται επικαλύψεις. Χρησιμοποιώντας σχισμές σε κοντινή απόσταση, ο Jung κατάφερε να διαχωρίσει τις σκοτεινές και τις φωτεινές περιοχές. Έτσι, προσδιόρισε τα μήκη κύματος των χρωμάτων του ορατού φωτός. Το εξαιρετικά μικρό τους μέγεθος εξηγεί γιατί αυτά τα φαινόμενα παρατηρούνται μόνο υπό ορισμένες συνθήκες. Για να διαχωριστούν οι περιοχές εποικοδομητικής και καταστροφικής παρεμβολής, οι αποστάσεις μεταξύ των πηγών των κυμάτων φωτός πρέπει να είναι πολύ μικρές.
Μήκος κύματος
Η παρατήρηση των επιδράσεων παρεμβολής είναι πρόκληση για δύο άλλους λόγους. Οι περισσότερες πηγές φωτός εκπέμπουν ένα συνεχές φάσμα μηκών κύματος, με αποτέλεσμα πολλαπλά μοτίβα παρεμβολής να υπερτίθενται το ένα πάνω στο άλλο, το καθένα με τη δική του απόσταση μεταξύ των κροσσών. Αυτό ακυρώνει τα πιο έντονα εφέ, όπως περιοχές πλήρους σκοταδιού.
συνοχή
Για να παρατηρούνται παρεμβολές για μεγάλο χρονικό διάστημα, πρέπει να χρησιμοποιούνται συνεκτικές πηγές φωτός. Αυτό σημαίνει ότι οι πηγές ακτινοβολίας πρέπει να διατηρούν μια σταθερή σχέση φάσης. Για παράδειγμα, δύο αρμονικά κύματα της ίδιας συχνότητας έχουν πάντα μια σταθερή σχέση φάσης σε κάθε σημείο του χώρου - είτε σε φάση, είτε σε αντιφάση, είτε σε κάποια ενδιάμεση κατάσταση. Ωστόσο, οι περισσότερες πηγές φωτός δεν εκπέμπουν αληθινά αρμονικά κύματα. Αντίθετα, εκπέμπουν φως στο οποίο συμβαίνουν τυχαίες αλλαγές φάσης εκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο. Μια τέτοια ακτινοβολία ονομάζεται ασυνάρτητη.
Ιδανική πηγή - λέιζερ
Η παρεμβολή εξακολουθεί να παρατηρείται όταν τα κύματα δύο ασυνάρτητων πηγών υπερτίθενται στο χώρο, αλλά τα μοτίβα παρεμβολής αλλάζουν τυχαία, μαζί με μια τυχαία μετατόπιση φάσης. συμπεριλαμβανομένων των ματιών, δεν μπορεί να καταγράψει μια ταχέως μεταβαλλόμενη εικόνα, αλλά μόνο μια μέση ένταση χρόνου. Η δέσμη λέιζερ είναι σχεδόν μονόχρωμη (δηλαδή αποτελείται από ένα μήκος κύματος) και έχει υψηλή συνοχή. Είναι ιδανική πηγή φωτός για την παρατήρηση των εφέ παρεμβολών.
Ανίχνευση συχνότητας
Μετά το 1802, τα μήκη κύματος του ορατού φωτός που μετρήθηκαν από τον Jung θα μπορούσαν να σχετίζονται με την ανεπαρκώς ακριβή ταχύτητα του φωτός που ήταν διαθέσιμη εκείνη τη στιγμή για να προσεγγίσει τη συχνότητά του. Για παράδειγμα, για το πράσινο φως είναι περίπου 6×10 14 Hz. Αυτό είναι πολλές τάξεις μεγέθους υψηλότερο από τη συχνότητα.Για σύγκριση, ένα άτομο μπορεί να ακούσει ήχο με συχνότητες έως και 2×10 4 Hz. Το τι ακριβώς κυμάνθηκε με τέτοιο ρυθμό παρέμεινε μυστήριο για τα επόμενα 60 χρόνια.
Παρεμβολή σε λεπτές μεμβράνες
Τα παρατηρούμενα αποτελέσματα δεν περιορίζονται στη γεωμετρία της διπλής σχισμής που χρησιμοποιεί ο Thomas Young. Όταν οι ακτίνες αντανακλώνται και διαθλώνται από δύο επιφάνειες που χωρίζονται με απόσταση συγκρίσιμη με το μήκος κύματος, εμφανίζονται παρεμβολές σε λεπτές μεμβράνες. Ο ρόλος της μεμβράνης μεταξύ των επιφανειών μπορεί να παίξει το κενό, ο αέρας, οποιαδήποτε διαφανή υγρά ή στερεά. Στο ορατό φως, τα εφέ παρεμβολής περιορίζονται σε διαστάσεις της τάξης των λίγων μικρομέτρων. Ένα πολύ γνωστό παράδειγμα ταινίας είναι μια σαπουνόφουσκα. Το φως που ανακλάται από αυτό είναι μια υπέρθεση δύο κυμάτων - το ένα αντανακλάται από την μπροστινή επιφάνεια και το δεύτερο - από το πίσω μέρος. Επικαλύπτονται στο χώρο και στοιβάζονται μεταξύ τους. Ανάλογα με το πάχος του φιλμ σαπουνιού, τα δύο κύματα μπορούν να αλληλεπιδράσουν εποικοδομητικά ή καταστροφικά. Ένας πλήρης υπολογισμός του σχεδίου παρεμβολής δείχνει ότι για φως με ένα μήκος κύματος λ, παρατηρείται εποικοδομητική παρεμβολή για πάχος φιλμ λ/4, 3λ/4, 5λ/4 κ.λπ., και καταστροφική παρεμβολή για λ/2, λ, 3λ/ 2, ...
Τύποι υπολογισμού
Το φαινόμενο της παρεμβολής έχει βρει πολλές εφαρμογές, επομένως είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τις βασικές εξισώσεις που σχετίζονται με αυτό. Οι ακόλουθοι τύποι σάς επιτρέπουν να υπολογίσετε διάφορες ποσότητες που σχετίζονται με παρεμβολές για τις δύο πιο συνηθισμένες περιπτώσεις παρεμβολών.
Η θέση των ζωνών φωτός σε περιοχές με εποικοδομητική παρεμβολή μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την έκφραση: y φωτεινό. =(λL/d)m, όπου λ είναι το μήκος κύματος. m=1, 2, 3, ...; d - απόσταση μεταξύ των υποδοχών. L είναι η απόσταση από τον στόχο.
Η θέση των σκοτεινών ζωνών, δηλαδή των περιοχών καταστροφικής αλληλεπίδρασης, καθορίζεται από τον τύπο: y σκοτάδι. =(λL/d)(m+1/2).
Για έναν άλλο τύπο παρεμβολής - σε λεπτές μεμβράνες - η παρουσία εποικοδομητικής ή καταστροφικής υπέρθεσης καθορίζει τη μετατόπιση φάσης των ανακλώμενων κυμάτων, η οποία εξαρτάται από το πάχος του φιλμ και τον δείκτη διάθλασής του. Η πρώτη εξίσωση περιγράφει την περίπτωση όπου δεν υπάρχει τέτοια μετατόπιση και η δεύτερη περιγράφει τη μετατόπιση μισού μήκους κύματος:
Εδώ λ είναι το μήκος κύματος. m=1, 2, 3, ...; t είναι η διαδρομή που διανύθηκε στην ταινία. n είναι ο δείκτης διάθλασης.
παρατήρηση στη φύση
Όταν ο ήλιος λάμπει στη σαπουνόφουσκα, οι φωτεινές χρωματικές ζώνες μπορούν να φανούν καθώς τα διαφορετικά μήκη κύματος υπόκεινται σε καταστροφικές παρεμβολές και απομακρύνονται από την ανάκλαση. Το υπόλοιπο ανακλώμενο φως εμφανίζεται ως συμπληρωματικό σε μακρινά χρώματα. Για παράδειγμα, εάν δεν υπάρχει κόκκινο στοιχείο ως αποτέλεσμα καταστροφικών παρεμβολών, τότε η αντανάκλαση θα είναι μπλε. Οι λεπτές μεμβράνες λαδιού σε νερό παράγουν παρόμοιο αποτέλεσμα. Στη φύση, τα φτερά ορισμένων πουλιών, συμπεριλαμβανομένων των παγωνιών και των κολιμπρί, και τα κελύφη ορισμένων σκαθαριών φαίνονται ιριδίζοντα, αλλά αλλάζουν χρώμα καθώς αλλάζει η γωνία θέασης. Η φυσική της οπτικής εδώ είναι η παρεμβολή ανακλώμενων κυμάτων φωτός από δομές με λεπτά στρώματα ή σειρές ανακλαστικών ράβδων. Ομοίως, τα μαργαριτάρια και τα κοχύλια έχουν ίριδα, χάρη στην υπέρθεση αντανακλάσεων από πολλά στρώματα φίλντισι. Πολύτιμοι λίθοι όπως το οπάλιο παρουσιάζουν όμορφα μοτίβα παρεμβολής λόγω της σκέδασης του φωτός από τα κανονικά σχέδια που σχηματίζονται από μικροσκοπικά σφαιρικά σωματίδια.
Εφαρμογή
Υπάρχουν πολλές τεχνολογικές εφαρμογές των φαινομένων παρεμβολής φωτός Καθημερινή ζωή. Η φυσική της οπτικής κάμερας βασίζεται σε αυτά. Η συνήθης αντιανακλαστική επίστρωση των φακών είναι μια λεπτή μεμβράνη. Το πάχος και η διάθλασή του επιλέγονται για να παράγουν καταστροφικές παρεμβολές του ανακλώμενου ορατού φωτός. Πιο εξειδικευμένες επικαλύψεις, που αποτελούνται από πολλά στρώματα λεπτών μεμβρανών, έχουν σχεδιαστεί για να μεταδίδουν ακτινοβολία μόνο σε στενό εύρος μηκών κύματος και, ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται ως φίλτρα φωτός. Οι πολυστρωματικές επικαλύψεις χρησιμοποιούνται επίσης για την αύξηση της ανακλαστικότητας των κατόπτρων των αστρονομικών τηλεσκοπίων, καθώς και των οπτικών κοιλοτήτων λέιζερ. Η συμβολομετρία - ακριβείς μέθοδοι μέτρησης που χρησιμοποιούνται για την καταγραφή μικρών αλλαγών σε σχετικές αποστάσεις - βασίζεται στην παρατήρηση μετατοπίσεων στις σκοτεινές και φωτεινές ζώνες που δημιουργούνται από το ανακλώμενο φως. Για παράδειγμα, η μέτρηση του τρόπου με τον οποίο θα αλλάξει το σχέδιο παρεμβολής σάς επιτρέπει να ορίσετε την καμπυλότητα των επιφανειών των οπτικών στοιχείων σε κλάσματα του οπτικού μήκους κύματος.
Φόρτωση...