דפוסי התערבות. תנאים של מינימום ומקסימום

דפוסי התערבות - זה פסים בהירים או כהים אשר נגרמים על ידי קרני אשר נמצאים בשלב או מחוץ שלב אחד עם השני. גלי אור וכדומה מתווספים כאשר מיושמים, אם השלבים שלהם חופפים (בכיוון של הגדלה או הקטנה), או שהם מבטלים זה אם הם antiphase. תופעות אלה נקראות התאבכות בונה והרסנית, בהתאמה. אם קרן אור מונוכרומטי, כל הגלי אשר יש אותו האורך, עובר דרך שני סדקים צרים (הניסוי נערך לראשונה 1801 על ידי תומאס יאנג, מדען אנגלי, אשר, הודות לו הגיע למסקנה כי טבע הגל של אור), שנייה של הקרן וכתוצאה מכך יכול להיות הופנה על מסך שטוח אשר במקום שני הכתמים החופפים נוצרים בשולי הפרעה - אזורים לסירוגין דפוס של אור וחושך אחיד. תופעה זו משמשת, למשל, בכל ההתאבכות האופטית.

חֲפִיפָה

המאפיין הבולט של סופרפוזיציה של גלים המתארת את התנהגותם של גלים גבי. העיקרון שלה נעוץ בעובדה שכאשר במרחב של שני גלים גבי, ההפרעה הנובעת שווה סכום אלגברי של הפרעות הפרט. לפעמים הפרעות גדולות הכלל הזה מופר. התנהגות פשוטה זו גורמת למספר תופעות שנקראות תופעות הפרעות.

תופעת ההתאבכות מתאפיינת בשני קצוות. שני הגלים קונסטרוקטיביים מקסים חופפים, והם נמצאים בשלב אחד עם השני. התוצאה של סופרפוזיציה היא התחזקות ההפרעה. המשרעת של הגל המעורב המתקבלת היא שווה לסכום של אמפליטודות הפרט. לעומת זאת, הפרעה הרסנית לכל היותר גל אחד חופפת את המינימום שני - הם נמצאים באופוזיציה. המשרעת של הגל בשילוב שווה להפרש בין אמפליטודות רכיביו. במקרה שבו הם שווים, זה הפרעה הרסנית שלמה, ואת ההפרעות של המדיום הכולל היא אפס.

הניסוי של יאנג

תבנית ההתאבכות של שני המקורות מצביעה בבירור על נוכחותו של הגלים החופפים. תומאס יאנג הציע אור - גל אשר מציית לעקרון הסופרפוזיציה. ההישג המפורסם שלו היה ההפגנה הניסיונית של בונה והרסנית הפרעה של אור בשנת 1801. הגרסה המודרנית של הניסוי של יאנג בטבע שונה רק בכך שהוא משתמש במקורות אור קוהרנטי. ליזר מאיר באופן אחיד שני חריצים מקבילים המשטח האטום. אור שעבר דרכם, ישנו מסך מרוחק. כאשר הרוחב בין החרכים הוא גדול משמעותי מאורך הגל, הכללים האופטיקה גיאומטרי ראו - ראו על האזורים מהסך השני מואר. עם זאת, הגישה של חריצים מתפזר האור גלים על המסך הן על גבי אחד את השני. השתברות היא עצמה נובעת מן האופי של גל אור, ובכל זאת דוגמה נוספת של השפעה זו.

תבנית ההתאבכות

עקרון הסופרפוזיציה קובע את חלוקת העוצמה הנובעת במסך מואר. תבנית ההתאבכות מתרחשת כאשר הבדל הנתיב דרך השסע למסך הוא שווה למספר השלם של אורכי גל (0, λ, 2λ, ...). הבדל זה מבטיח כי לשיאים לבוא באותו הזמן. הפרעה הרסנית מתרחשת כאשר הנתיב ההבדל שווה מספר שלם של אורכי גל בקיזוז מחצית (λ / 2, 3λ / 2, ...). יונג השתמש בטיעונים גיאומטריים להראות כי סופרפוזיציה מוביל שורה של להקות ברווחים שווות או אזורים בעצמה גבוהים המתאים האזורים של התאבכות בונה, מופרדים על ידי אזורים כהים מלאים הרסניים.

המרווח חור

גיאומטרית פרמטר חשובה עם שני חריצים היא היחס של λ אור באורך הגל והמרחק בין חורי ד. אם λ / d הוא הרבה פחות מ 1, המרחק בין הלהקות יהיה קטן ואפקטים חופפים לא נצפו. באמצעות חריצים צפופים, יונג היה מסוגל לחלק את האזורים הכהים והבהירים. לפיכך, הוא קבע את אורכי הגל של האור הנראה צבעים. הערך הקטן מאוד שלהם מסביר מדוע תופעות אלה הם נצפו רק בתנאים מסוימים. כדי לחלק את תחומי התאבכות בונה והרסנית, המרחק בין המקור של גלי אור חייב להיות קטן מאוד.

הגל

תצפית של תופעות הפרעות מהווה אתגר עבור שתי סיבות אחרות. רוב מקורות אור פולט ספקטרום אורכי גל מתמשך, וכתוצאה מכך היווצרות של דפוסי התערבות מרובים על גבי אחד את השני, כל אחד עם מרווח בין הפסים. זה מבטל מתופעות המובהקות ביותר, כגון תחומים בחושך מוחלט.

קוהרנטיות

הפרעה זו יכולה להיבחן על פני תקופה ארוכה של זמן, יש צורך להשתמש במקורות אור קוהרנטי. משמעות הדבר היא כי מקורות הקרינה חייבים לשמור על יחסי שלב מתמיד. לדוגמא, שני גלים הרמוניים של אותו התדר תמיד יש יחסי שלב קבועים לכל נקודה במרחב - גם בשלב או באופוזיצית שלב, או בחלק במצב הביניים. עם זאת, רוב מקורות אור פולט גל הרמוני אמיתי. במקום זאת, הם פולטים אור, שבו שלב אקראי שינוי מתרחש מ'פעמים בשניות. קרינה כזו נקראת קוהרנטי.

מקור אידיאלי - לייזר

הפרעה עדיין נצפית כאשר גבי גלים במרחב של שני מקורות לא ברורים, אבל דפוסי התערבות להשתנות באופן אקראי, יחד עם פאזה אקראית. חיישני אור, כולל העיניים, לא יכול לרשום התמונה משתנה במהירות, ואת עוצמת הממוצע רק הזמן. קרן הלייזר היא כמעט מונוכרומטי (מ. א מורכב אורך גל יחיד) וכן איננו ניסיון. זהו מקור אור אידיאלי עבור התבוננות השפעות התערבות.

קביעת תדירות

לאחר יונג 1802 של אורכי גל מידה של האור הנראה יכול להיות מתואם עם מהירות מדויקת מספיק אור זמין בזמן לחשב תדר המשוער שלה. לדוגמה, אור ירוק שווה 6 × 10 ¹⁴ הרץ על. זהו הזמנות רבות בסדר גודל גדול יותר בתדירות של תנודות מכאניות. לשם השוואה, אדם יכול לשמוע את הצליל עם תדרים של עד 2 × ¹⁰ רץ אפריל. מה בדיוק משתנה בקצב עדיין נותר בגדר תעלומה עבור 60 השנים הבאות.

הפרעה בסרטים דקים

ההשפעות שנצפו אינן מוגבלות גיאומטרית החריץ הכפולה שמוצגת תומאס יאנג. כשיש ואת השתקפות של הקרני משני המשטחים המופרדים על ידי מרחק דומה עם הגל, הפרעות מתרחשות סרטים דקים. תפקידיו של הסרט בין המשטחים עשויים לשחק ואקום, אוויר, נוזל או כל גוף מוצק שקוף. לאור גלוי השפעות התערבות מוגבלות על ידי בגדלים של כמה מיקרומטרים. דוגמא ידועה של כל הסרט היא בועה. האור המוחזר ממנו, הוא סופרפוזיציה של שני גלים - אחד משתקף מפני השטח הקדמי, והשני - על הגב. הם חופפים בחלל והוסיפו לזה. תלוי בעובי של הסרט סבון, שני גלים עשויים אינטראקציה בונה או הורס. חישוב מלא של תבנית ההתאבכות עולה כי עבור אור עם אורך גל λ התאבכות בונה הוא ציין עבור עובי סרט של λ / 4, 3λ / 4, 5λ / 4, וכו ', והרסני - .. כדי λ / 2, λ, 3λ / 2, ...

נוסחאות לחישוב

תופעת הפרעה הייתה שימושים רבים, לכן חשוב להבין את המשוואה הבסיסית צדדים בעניינים אלה. המשוואות הבאות לאפשר החישוב של הערכים השונים הקשורים להפרעות עבור שלה בשני מקרים הנפוצים ביותר.

רצועות אור מיקום הניסוי של יאנג, .. אתרים כלומר עם התאבכות בונה ניתן לחשב באמצעות הביטוי: y _{הוא אור.} = (ΛL / d) מ ', שבו λ - אורך גל; מ = 1, 2, 3, ...; ד - המרחק בין החרכים; L - מרחק המטרה.

.. להקות כהות מיקום, כלומר בתחומי אינטראקציה הרסנית ניתנים על ידי: y _{הוא כהה.} = (ΛL / ד) (m + 1/2).

להפרעת מינים אחרות - בסרטים דקים - הנוכחות של סופרפוזיציה הבונה או הרסנית קובעת פאזה של הגלים המוחזרים, אשר תלוי בעובי סרט ואת מקדם השבירה של אותו. המשוואה הראשונה מתארת את המקרה של העדר שינוי כזה, והשני - שינוי של חצי אורך הגל:

2NT = mλ;

λ 2NT = (m + 1/2).

הנה, λ - אורך גל; מ = 1, 2, 3, ...; t - נתיב חצה בסרט; n - מקדם שביר.

תצפית בטבע

כאשר השמש זורחת על הבועה, אתה יכול לראות את הפסים בצבע הבהירים, מאז אורכי גל שונים חשופים להפרעות הרסניות והוציאו מן ההשתקפות. האור המוחזר נותר מופיע בתור הסרת צבע משלימה. לדוגמא, אם כתוצאה של התערבות הרסנית הוא מרכיב אדום נעדר, ההשתקפות תהיה כחולה. הסרט הדק של שמן על המים מייצר אפקט דומה. בטבע, נוצות של ציפורים מסוימים, כולל טווסים ויונקי דבש, ואת הפגזים של חיפושיות כמה לבהירים יותר, תוך שינוי צבע כאשר אתה משנה את זווית הצפייה. פיסיקה אופטית כאן היא ההפרעה של גלי אור המוחזרים מן המבנים השכבתיים הדקים או מערכים המשקפים מוטה. באופן דומה פניני פגז הם איריס, בשל סופרפוזיציה של השתקפויות משכבות מרובות של פנינה. אבנים יקרות כגון אופל, תערוכת דפוסי התערבות יפות נגרמים על ידי פיזור של אור ממבנים רגילים נוצרו על ידי חלקיקים כדוריים מיקרוסקופים.

יישום

ישנם יישומים טכנולוגיים רבים של תופעות פרעות אור בחיי היומיום. הם מבוססים אופטיקה מצלמת פיסיקה. ציפוי antireflection עדשות רגיל הוא סרט דק. העובי והשביר של קרני שלו הם כל כך שנבחרו לייצר הפרעה הרסנית של אור הנראה משתקף. נוסף ציפויים מיוחדים שהכילו שכבות מרובות של שכבות דקות מיועדות עובר קרינה בלבד בטווח גל צר ולכן משמשים מסננים. ציפויים רבים שכבתי משמשים גם כדי להגדיל את ההחזרה של המראות של טלסקופים אסטרונומיים, כמו גם תהודת ליזר אופטית. Interferometry - שיטות מדידה מדויקות המשמשות לרישום שינויים קטנים מרחק יחסי - מבוסס על התצפית של המשמרות של אור להקות כהות המיוצרות על ידי האור המוחזר. לדוגמא, מדד למידת תבנית התאבכות משנה, מאפשר להגדיר את העקמומיות של משטחים של רכיבים אופטיים בתוך אונות גל אופטיות.