الگوهای تداخل. شرایط استفاده از حداکثر و حداقل

الگوهای تداخل - آن راه راه نور یا تاریکی است که توسط اشعه که در فاز یا خارج از فاز با یکدیگر هستند ایجاد می شود. امواج نور و مانند آن اضافه می شوند که اعمال می شود، اگر فاز آنها همزمان (در جهت افزایش یا کاهش)، و یا آنها یکدیگر را خنثی اگر آنها در antiphase هستند. این پدیده به نام تداخل سازنده و مخرب بود. اگر پرتو نور تک رنگ، همه امواج که همان طول، از دو شکاف باریک، دو پرتو حاصل را می توان به کارگردانی (آزمایش اول در سال 1801 توسط توماس جوان، دانشمند انگلیسی، که، به لطف او به این نتیجه رسید که ماهیت موجی نور انجام شد) عبور می کند بر روی صفحه نمایش مسطح که به جای دو لکه با هم تداخل دارند می حاشیه تداخل تشکیل - یکنواخت الگوی مناطق روشن و تاریک متناوب. این پدیده استفاده می شود، به عنوان مثال، در تمام تداخل سنج نوری.

انطباق

از ویژگی های مشخص از یک برهمنهی امواج که رفتار امواج سوار شده است. اصل آن در این واقعیت است که زمانی که در فضا از یک دو موج سوار، اختلال منجر به جمع جبری از اختلالات فرد برابر است نهفته است. گاهی اوقات در آشفتگی بزرگ تخلف از این قانون. این رفتار ساده منجر به تعدادی از عوارض است که پدیده تداخل نامیده می شود.

پدیده تداخل با دو افراط است. دو موج سازنده حداکثر همزمان، و آنها در فاز با یکدیگر هستند. نتیجه انطباق تقویت اختلال است. دامنه موج مخلوط حاصل به مجموع دامنه فرد برابر است. در مقابل، تداخل مخرب در حداکثر یک موج همزمان با حداقل دوم - آنها از مخالفان هستند. دامنه موج در ترکیب به تفاوت بین دامنه قطعات آن برابر است. در مورد که در آن آنها با هم برابرند، آن دخالت کامل ویرانگر است و اغتشاش از متوسط کل برابر صفر است.

آزمایش یانگ

الگوی تداخلی دو منبع به وضوح نشان می دهد حضور امواج با هم تداخل دارند. توماس یانگ پیشنهاد کرد که نور - یک موج اطاعت از اصل انطباق. دستاورد معروف خود تظاهرات تجربی از سازنده و مخرب بود تداخلی نور در 1801. نسخه مدرن از آزمایش یانگ در طبیعت تنها در آن با استفاده از منابع نور منسجم متفاوت است. لیزر یکنواخت روشن دو شکاف موازی در سطح مات. عبور نور از طریق آنها، یک صفحه نمایش از راه دور وجود دارد. هنگامی که عرض بین شکاف طور قابل توجهی بزرگتر از طول موج، قواعد اپتیک هندسی مشاهده - بر روی صفحه نمایش دو منطقه روشن دیده می شود. با این حال، رویکرد شکاف پراش نور و امواج بر روی صفحه نمایش بر روی یکدیگر سوار شود. پراش خود یک نتیجه از ماهیت موجی نور، و نمونه دیگری از این اثر است.

الگوی تداخل

اصل انطباق توزیع شدت نتیجه بر روی صفحه نمایش روشن تعیین می کند. الگوی تداخل رخ می دهد که تفاوت مسیر از شکاف به صفحه به کل تعداد طول موج (0، λ، 2λ، ...) برابر است. این تفاوت تضمین می کند که اوج در همان زمان آمده است. تداخل مخرب رخ می دهد که تفاوت مسیر به یک عدد صحیح از طول موج افست شده توسط نیم برابر (λ / 2، 3λ / 2، ...). یونگ استفاده استدلال هندسی نشان می دهد که انطباق منجر به یک سری از گروههای موسیقی به همان اندازه فاصله و یا نواحی با شدت زیاد مربوط به مناطق تداخل سازنده، مناطق جدا شده تاریک پر مخرب است.

فاصله سوراخ

هندسه پارامتر مهم با دو شکاف نسبت λ طول موج نور و فاصله بین سوراخ D است. اگر λ / D بسیار کمتر از 1، فاصله بین گروههای کوچک خواهد بود و اثرات تداخل دارند مشاهده نمی شوند. با استفاده از شکاف نزدیک فاصله، یونگ قادر به تقسیم مناطق روشن و تاریک بود. بنابراین، او طول موج رنگ نور مرئی تعیین می شود. مقدار بسیار کوچک آنها توضیح میدهد که چرا این اثرات فقط تحت شرایط خاصی مشاهده شده است. برای تقسیم مناطق تداخل سازنده و مخرب، فاصله بین منبع امواج نور باید بسیار کوچک باشد.

طول موج

مشاهده اثرات تداخل است به دو دلیل دیگر به چالش کشیدن. اکثر منابع نور ساطع می کند طیف طول موج پیوسته، در شکل گیری الگوهای تداخل چند سوار بر یکدیگر، هر کدام با یک فاصله بین راه راه می شود. این حذف بیشترین اثر تلفظ، از جمله نواحی تاریکی کامل است.

وابستگی

که دخالت می تواند بیش از یک دوره طولانی از زمان مشاهده، لازم است به استفاده از منابع نور منسجم. این به این معنی است که منابع تابش باید یک رابطه فاز ثابت حفظ کند. به عنوان مثال، دو موج هارمونیک فرکانس مشابه همیشه یک رابطه فاز ثابت به هر نقطه در فضای - یا در فاز یا در مخالفت فاز، و یا در برخی حالت میانی. با این حال، بسیاری از منابع نور ساطع می کند موج هارمونیک درست است. در عوض، آنها نور، که در آن تغییر فاز تصادفی رخ می دهد میلیون ها بار در ثانیه منتشر می کنند. تابش تضاد است نامیده می شود.

منبع ایده آل - لیزری

تداخل هنوز مشاهده زمانی که امواج سوار در فضای دو منبع نامنسجم، اما الگوهای تداخل به طور تصادفی با یک انتقال فاز تصادفی متفاوت است، با هم. حسگر نور، از جمله چشم، می توانید یک تصویر سرعت در حال تغییر برای ثبت نام اینجا نیست، و تنها شدت متوسط از زمان. پرتو لیزر تقریبا تک رنگ (متر E. متشکل از یک طول موج) است و یک highly-. این یک منبع نور ایده آل برای مشاهده اثرات تداخل است.

تعیین فراوانی

پس از یونگ 1802 از طول موج اندازه گیری نور مرئی را می توان با سرعت کافی دقیق از نور موجود در آن زمان برای محاسبه فرکانس تقریبی آن در ارتباط است. برای مثال، نور سبز به حدود 6 × اکتبر ¹⁴ هرتز برابر است. این بسیاری از مرتبه بزرگتر از فرکانس است ارتعاشات مکانیکی. برای مقایسه، یک فرد می تواند صدا با فرکانس تا 2 × آوریل ¹⁰ هرتز را بشنود. دقیقا چه با نرخ متفاوت هنوز هم یک راز برای 60 سال آینده باقی مانده است.

دخالت در لایه های نازک

اثرات مشاهده شده به هندسه شکاف دو استفاده شده توسط توماس یانگ محدود نمی شود. هنگامی که یک انعکاس و انکسار اشعه از دو سطح را با فاصلهای قابل مقایسه با طول موج وجود دارد، دخالت در لایه های نازک رخ می دهد. نقش فیلم بین سطوح ممکن است یک خلاء، هوا، مایع و یا هر جسم جامد شفاف دارد. در نور مرئی اثرات تداخل با اندازه چند میکرومتر محدود شده است. یک مثال شناخته شده از تمام فیلم یک حباب است. نور منعکس شده از آن، برهم نهی دو موج است - یکی از سطح مقابل منعکس شده است، و دوم - در پشت. آنها در فضا با هم همپوشانی دارند و به یکدیگر اضافه شده است. بسته به ضخامت فیلم صابون، دو موج ممکن است سازنده یا مخرب تداخل می کنند. محاسبه کامل از الگوی تداخل نشان می دهد که برای نور با طول موج λ تداخل سازنده برای ضخامت فیلم از λ / 4 مشاهده شده، 3λ / 4، 5λ / 4، و غیره، و مخرب - .. برای لامبدا / 2، λ، 3λ / 2، ...

فرمول برای محاسبه

پدیده تداخل بسیاری از کاربردهای بود، پس از آن مهم است که درک معادله اساسی مربوط به آنها نمیدهد. معادلات زیر اجازه می دهد محاسبه مقادیر مختلف در ارتباط با تداخل، برای دو مورد از رایج ترین آن است.

نوار نور محل سکونت در آزمایش یانگ، .. سایت های اینترنت اکسپلورر با تداخل سازنده می توان با استفاده از عبارت محاسبه می شود: Y _{نور است.} = (ΛL / د) متر، که در آن λ - طول موج؛ متر = 1، 2، 3، ...؛ د - فاصله بین شکاف؛ L - فاصله تا هدف.

.. محل سکونت نوارهای تیره، یعنی زمینه های تعامل مخرب است با: Y _{تاریک است.} = (ΛL / D) (متر + 1/2).

برای دیگر دخالت گونه - در لایه های نازک - حضور انطباق سازنده و یا مخرب تعیین تغییر فاز امواج منعکس شده است، که بستگی به ضخامت و ضریب شکست آن است. معادله اول را توصیف مورد عدم وجود چنین تغییر، و دوم - تغییر از نصف طول موج:

2NT = mλ؛

= (1/2 متر +) λ 2NT.

در اینجا، λ - طول موج؛ متر = 1، 2، 3، ...؛ تی - مسیر طی شده در این فیلم؛ N - ضریب شکست.

مشاهده در طبیعت

هنگامی که خورشید می درخشد در حباب، شما می توانید راه راه رنگ روشن ببینید، از طول موج های مختلف به تداخل مخرب قرار گرفته و از بازتاب حذف. نور منعکس شده باقی مانده به عنوان حذف رنگ مکمل به نظر می رسد. برای مثال، اگر به عنوان یک نتیجه تداخل مخرب جزء سرخ وجود ندارد، بازتاب خواهد آبی رنگ است. این فیلم نازک از روغن در آب یک اثر مشابه تولید می کند. در طبیعت، پر از برخی از پرندگان، از جمله طاووس و مرغ های مگس خوار، و پوسته برخی از سوسک به نظر می رسد روشن تر، در حالی که تغییر رنگ زمانی که شما زاویه دید را تغییر دهید. فیزیک نوری در اینجا دخالت امواج نور منعکس شده از ساختارهای لایه لایه نازک و یا آرایه منعکس میله است. به طور مشابه مروارید و پوسته سوسن، به دلیل انطباق بازتاب از لایه های متعدد از مروارید. سنگ های قیمتی مانند عقیق، نمایشگاه الگوهای تداخل زیبا ناشی از پراکندگی نور از ساختارهای منظم تشکیل شده توسط ذرات کروی میکروسکوپی است.

کاربرد

بسیاری از برنامه های تکنولوژیکی از پدیده تداخل نور در زندگی روزمره وجود دارد. آنها لنز دوربین فیزیک است. عادی پوشش لنز ضد انعکاس یک فیلم نازک است. ضخامت و انکسار اشعه های آن می شوند به طوری انتخاب شده برای تولید تداخل مخرب نور مرئی منعکس شده است. پوشش بیشتر متشکل از لایه های متعدد از لایه های نازک در نظر گرفته شده برای عبور و تنها تابش در محدوده طول موج های باریک و از این رو به عنوان فیلتر استفاده می شود. پوشش های چند نیز استفاده می شود برای افزایش بازتاب از آینه تلسکوپ نجومی، و همچنین رسنترس لیزر نوری. تداخل - روش های اندازه گیری دقیق استفاده می شود برای ثبت نام تغییرات کوچک در فاصله نسبی - بر پایه این نظریه از تغییرات نور و نوارهای تیره تولید شده توسط نور منعکس شده است. برای مثال، یک اندازه گیری میزان الگوی تداخل تغییر، اجازه می دهد تا به مجموعه ای از انحنای سطوح قطعات نوری در طول موج نوری لوب.