A beavatkozás a fényhullámok - studopediya
Interferencia - az egyik legtisztább megnyilvánulása a hullám fény természetéről. Ez egy érdekes és szép jelenség figyelhető meg a szuperpozíció két vagy több sugarakat. Az intenzitás a fénysugarak az átfedési régió karakterét váltakozó világos és sötét sávok, a támogatási intenzitás a maxima nagyobb, a minimumok összege kisebb, mint a fény intenzitását. Amikor a fehér fény interferencia csíkok vannak festett különböző színek a spektrum. Az interferencia jelenségek találkozunk gyakran: Szín olajfoltokat az aszfalton, festmény fagyasztás üvegtáblákat, divatos színes minták a szárnyait néhány lepkék és bogarak - mindez egy megnyilvánulása az interferencia a fény.
Az első kísérletben a zavaró fény a laboratóriumban tartozik I. Newton. Azt figyelték meg interferencia minta eredő, amikor fény tükröződik a vékony közötti légrés a sík üveglap és a síkdomború lencse egy nagy görbületi sugarú (ábra. 3.7.1). Az interferencia mintázat formájában koncentrikus gyűrűk, az úgynevezett Newton gyűrűk (ábra. 3.7.2).
Ábra 3.7.1. Megfigyelés Newton-gyűrűk. Interferencia lép fel, ha hozzáadjuk a hullámok visszavert két oldalán a légrés. „Nyaláb”, 1. és 2. - a terjedési iránya; h - vastagsága a légrés
Ábra 3.7.2. Newton gyűrű zöld és piros fény
Newton nem abból a szempontból a korpuszkuláris elmélet, hogy miért a gyűrű tűnik azonban, tudta, hogy ez összefüggésben van bizonyos frekvenciájú fény folyamatok (lásd. § 3.6).
Az első tapasztalatok interferenciát, hogy magyarázatot alapján a hullám elmélet a fény, volt a tapasztalata a Young (1802). A Young-féle kísérlet fényforrásból eredő fény a, amely szolgált egy keskeny résen S. A képernyőre eső két egymáshoz közel elhelyezkedő rések S1 és S2 (ábra. 3.7.3). Áthaladva egyes rések kiszélesedett a fénysugár miatt diffrakciós, így a fehér képernyő E fénysugarak, ami áthaladt a rések S1 és S2. átfedés. Az átfedő területét a fény gerendák az interferencia mintázat formájában váltakozó világos és sötét sávok.
Ábra 3.7.3. Vezetési élmény interferencia Jung
Jung volt az első, hogy észre, hogy lehetetlen betartani beavatkozást hozzáadásával hullámok két független forrásból. Ezért, az ő tapasztalata az S1 és S2 résen. amely összhangban Huygens elv lehet tekinteni, mint források a másodlagos hullámok fényforrás megvilágítja S. Az egyik szimmetrikus elrendezése rések másodlagos hullámok által kibocsátott források S1 és S2. Ezek fázisban vannak, de ezek a hullámok utaznak a megfigyelési pont P különböző távolságokra R1 és R2. Következésképpen, a fázis ingadozások által termelt hullámok S1 és S2 forrásoktól a P pontban általában különböző. Így a probléma az interferencia hullámok csökken a problémát a hozzáadásával rezgéseinek azonos frekvencián, de különböző fázisokban. Az az állítás, hogy a hullámok a forrásokból S1 és S2 vannak elosztva egymástól függetlenül, és a megfigyelési pont, akkor egyszerűen csak hozzáadják, egy befejezett tény és az úgynevezett szuperpozíció elve.
Monokromatikus (vagy szinuszos) hullám. irányában húzódó a sugár vektor. Meg van írva a formájában
ahol egy - az amplitúdó a hullám, k = 2π / # 955; - a hullámot, # 955; - hullámhossz # 969; = 2π # 957; - körkörös frekvencia. Az optikai problémák E kell érteni a nagysága az elektromos mező a hullám. Amikor két hullám P pontban kapott oszcilláció is előfordul olyan gyakorisággal # 969; és van egy bizonyos amplitúdójú és fázisú # 966;:
Műszerek, amely képes lenne követni a gyors változások terén a fény hullám az optikai tartományban, nem létezik; a megfigyelt érték az energia fluxus, amely egyenesen arányos a tér a amplitúdója az elektromos mező a hullám. P. értéke egyenlő a tér a amplitúdója az elektromos mező a hullám, az úgynevezett intenzitása. I = A 2.
Egyszerű trigonometrikus transzformáció vezet a következő kifejezés az intenzitása a kapott oszcilláció azon a ponton P:
Formula (*) és (**) egyetemes. Ezek alkalmazhatók bármely az interferencia minta, amelyben a további két monokromatikus hullámok ugyanazt a frekvenciát.
Ha a Young program révén y kijelöli az elmozdulás a megfigyelési pont a szimmetriasík, az esetben, ha d < Amikor mentén mozgó az y koordináta tengelyt egy távolság egyenlő a szélessége az interferencia csíkok # 916; l. t. e., amikor elmozdulnak a egy interferencia maximális a szomszédos, útkülönbség # 916; változik egy hullámhossz # 955;. ezért ahol # 968; - konvergencia szög „sugarak” a megfigyelési pont P. A kvantitatív kiértékelést. Tegyük fel, hogy a d távolság a rések közti S1 és S2 egyenlő 1 mm, és a távolság a rések a képernyő E jelentése L = 1 m, majd # 968; = D / L = 0,001 rad. A zöld fény (# 955; = 500 nm), megkapjuk # 916; l = # 955; / # 968; = 5 x 10 5 nm = 0,5 mm. A vörös fény (# 955; = 600 nm) # 916; l = 0,6 mm. Ezen a módon, Jung először mért a hullámhosszú fényt, bár a pontossága ezen mérések alacsony volt. Hangsúlyozni kell, hogy a hullám optika, ellentétben a geometriai optika, a koncepció egy fénysugár elveszti fizikai jelentését. A „sugárnyaláb” a leírásban használjuk az egyszerűség kedvéért, hogy kijelölje az irányt hullámterjedés. A továbbiakban ezt a kifejezést használjuk idézőjelek nélkül. A kísérletben Newton (ábra. 3.7.1) normál előfordulási egy sík felületet a lencse útkülönbség megközelítőleg egyenlő a vastagság kétszerese 2h közötti légrés a lencse és a sík. Olyan esetben, amikor az R görbületi sugara a lencse képest nagy h. lehet kb elő: ahol R - a tengelytől eltolt szimmetria. Az írás a kifejezés az utat különbség is meg kell jegyezni, hogy a hullámok az 1. és 2. rögzítésre különböző körülmények között. Az első hullám visszaverődik az üveg-levegő határfelület, és a második - a levegő-üveg határokat. A második esetben, a fázisváltozás a visszavert hullám rezgések naπ, amely egyenértékű a növekedés az útkülönbség # 955; / 2. Ezért Ha R = 0, azaz a központtól (érintkezési pont) # 916; = # 955; / 2; így mindig van interferencia minimális központjában Newton gyűrűk - sötét folt. Radii rm követő sötét gyűrűk határozzák meg az expressziós Ez a képlet lehetővé teszi, hogy meghatározzuk kísérletileg a fény hullámhossza # 955;, ha ismert görbületi sugara R a lencse. hullámok koherencia probléma. Jung elméletét használják megmagyarázni interferencia jelenségek, amelyek a további két monokromatikus hullámok ugyanazon a frekvencián. Azonban, napi tapasztalat azt tanítja, hogy a beavatkozás a fény ténylegesen megfigyelt nem csak. Ha a szoba világít két azonos izzók, akkor bármely ponton összeadja a fény intenzitása, és nem interferenciát figyeltünk meg. Felmerül a kérdés, hogy milyen esetekben kell hozzá ereje (figyelembe véve a fázisviszonyok), amelyben - a hullámok intenzitása, azaz a tér a területen ..? beavatkozás elmélete monokromatikus hullámok nem tud válaszolni erre a kérdésre. A tényleges fényhullámok nem szigorúan monokromatikus. Azáltal alapvető fizikai okok sugárzás mindig van egy statisztikai (vagy random) jellegű. Az atomok bocsátanak ki fényforrás egymástól függetlenül véletlenszerűen alkalommal, és mindegyik atom sugárzás tart egy nagyon rövid ideig (# 964; ≤ 10 -8 s). A kapott sugárforrás minden egyes alkalommal áll egy hatalmas számú atomot betétek. Egy idő után a rend # 964; a teljes egészében a kibocsátó atomok frissítve. Ezért a teljes sugárzási lesz különböző amplitúdójú és ami a legfontosabb, egy másik fázisban. A szakasz a hullám által kisugárzott valódi fényforrás, közelítőleg állandó marad, csak az időintervallumok a megbízás # 964;. Külön „fragmensek” a sugárzás tartamához # 964; Úgy hívják hullámsorozat. A vonatok egy térbeli hossza egyenlő c # 964;, ahol c - a fény sebessége. Ingadozások különböző tsugah nem kiegyenlített. Így a tényleges fényhullám egy sorozata hullámsorozat véletlenszerűen változó fázissal. Azt mondjuk, hogy az ingadozások különböző tsugah következetlen. Az időintervallum # 964;, amelynek során a rezgési fázisban közelítőleg állandó marad az úgynevezett koherencia idő. Az interferencia keletkezik csak hozzáadásával koherens rezgések, azaz a. E. Oscillation kapcsolatos egy és ugyanaz a hullám vonatot. Bár minden fázisában ezen rezgések további feltétele, hogy véletlenszerű változások, de ezek a változások az azonos, ezért a különbség a koherens oszcilláció fázisban állandó marad. Ebben az esetben, van egy stabil interferencia minta, és ezért végzett mező szuperpozíció elve. Hozzáadásakor nem-koherens oszcilláció fáziskülönbség egy véletlenszerű az idő függvényében. Interferenciacsíkok tapasztal ingadozásai egyik oldalról a másikra, és közben # 916; t nyilvántartásba, amely az optikai kísérletek lényegesen nagyobb, mint a koherencia idő (# 916; t >> # 964;), van egy teljes homogenizálása. A felvevő berendezés (a szem, lemez, fénysorompó) rögzítse a megfigyelési pont az átlagos intenzitás értéke egyenlő az összege az intenzitások I1 + I2 mindkét oszcillációk. Ebben az esetben a törvény hozzáadásával intenzitását. Így, interferencia alakulhat csak a felül a koherens oszcillációk. Hullámok létre a megfigyelési pont koherens oszcillációk, más néven koherens. Waves két, egymástól független forrásból is következetlen és nem tud adni interferenciát. T. Jung ösztönösen kitalálta, hogy megszerzésének interferencia fényhullám a forrástól kell osztani két koherens hullám, majd tartsa az eredményt a képernyőn azok mellett. Ez úgy történik, mind a beavatkozás mintákat. Azonban még ebben az esetben az interferencia mintázat eltűnik, amikor a pálya különbség # 916; meghaladja a koherencia hossz C # 964;.
Modell. Newton-gyűrűk