Qutblangan yorugʻlik interferensiyasi

Yorugʻlikning interferensiyasi (lotincha: interferens, inter -oraliq + -ferens — tashuvchi, uzatuvchi) — elektromagnit toʻlqinlarning interferensiyasi (tor maʼnoda — birinchi navbatda koʻrinadigan yorugʻlik) — bir nechta yorugʻlik toʻlqinlarining superpozitsiyasi (superpozitsiyasi) natijasida yorugʻlik intensivligini qayta taqsimlash. Bu hodisa odatda yorugʻlik intensivligining maksimal va minimal kosmosda almashinishi bilan tavsiflanadi. Kosmosda yoki yorugʻlik tushadigan ekranda yorugʻlik intensivligini bunday taqsimlashning oʻziga xos shakli interferensiya naqshlari deb ataladi.

Yorugʻlikning interferensiyasi — Yang tajribasi

interferensiya hodisasi bevosita toʻlqin uzunligiga bogʻliq boʻlganligi sababli, turli spektral komponentlarni (ranglarni) oʻz ichiga olgan yorugʻlikning interferensiyasi, masalan, oq yorugʻlik, bu spektral komponentlarni ajratib turadi, oq yorugʻlik holatida koʻzga koʻrinadigan nurli chiziqlar.

Kashfiyot tarixi

Interferensiya hodisasini birinchi marta Grimaldi (ikkita yaqin teshikdan oʻtuvchi nur uchun), Robert Boyl va Robert Huk (sovun plyonkalari, shisha sharlarning yupqa devorlari kabi shaffof muhitning yupqa qatlamlariga interferensiya qilish uchun) mustaqil ravishda kashf qilindi., yupqa slyuda varaqlari; ular bir vaqtning oʻzida koʻp rangli rangning paydo boʻlishini kuzatdilar; shu bilan birga, Huk rangning qatlam qalinligiga davriy bogʻliqligini ham payqadi). Grimaldi birinchi boʻlib interferensiya fenomenini yorugʻlikning toʻlqin xususiyatlari gʻoyasi bilan bogʻladi, lekin garchi hali ham noaniq va rivojlanmagan shaklda bolsada.

1801 yilda Tomas Young (1773-1829) "superpozitsiya printsipini" joriy etib, birinchi boʻlib ushbu hodisaning zamonaviy tushuntirishidan farq qilmaydigan va etarlicha batafsil maʼlumot berdi va „aralashuv“ atamasini kiritdi. ilmiy foydalanish (1803). Shuningdek, u yorugʻlikning interferensiyasini kuzatish boʻyicha koʻrgazmali tajriba oʻtkazdi, ikkita tirqishli yorugʻlik manbalaridan interferensiyani oldi (1802); Keyinchalik Jungning tajribasi klassikaga aylandi.

Yupqa plyonkalarda yorugʻlik interferensiyasi

Yupqa plyonkada aralashuv. $\alpha$ — tushish burchagi, $\beta$ — sinish burchagi, sariq nur toʻq sariq rangdan orqada qoladi, ular bir koʻzga yaqinlashadi va aralashadi.

Ikki fazoviy ajratilgan va mustaqil yorugʻlik manbalaridan yorugʻlik uchun barqaror interferensiya naqshini olish suv toʻlqinlari manbalari kabi oson emas. Atomlar juda qisqa muddatli poezdlarda yorugʻlik chiqaradi va kogerentlik buziladi. Nisbatan sodda qilib aytganda, bunday rasmni bir xil poezdning toʻlqinlarini aralashtirib olish orqali olish mumkin . Shunday qilib, interferensiya yorugʻlikning dastlabki nurlari nozik bir plyonkadan oʻtganda ikki nurga boʻlinganida sodir boʻladi, masalan, qoplangan linzalardagi linzalar yuzasiga qoʻllaniladigan plyonka . Yorugʻlik toʻlqin uzunligi nuri $\lambda$, qalinlikdagi plyonka yuzasiga perpendikulyar tushish $d$, ikki marta aks ettiriladi — uning ichki va tashqi yuzalaridan. Agar plyonka etarlicha nozik boʻlsa, uning qalinligi tushayotgan yorugʻlik toʻlqinining uzunligidan oshmasa, u holda ommaviy axborot vositalari orasidagi yuqori interfeysda aks ettirilgan nurlar izchil boʻladi va shuning uchun aralashishga qodir.

Plyonkadan oʻtadigan nurning fazasining oʻzgarishi, umumiy holatda, plyonka va uning atrofidagi muhitning sinishi koʻrsatkichiga bogʻliq. Bundan tashqari, yorugʻlik optik jihatdan zichroq muhitdan aks ettirilganda , uning fazasini yarim davrga oʻzgartirishini hisobga olish kerak. Shunday qilib, masalan, havo uchun ($n$ _$1$ ≈ $1$) yupqa yog 'plyonkasi ($n$ _$2$ ≈ $1.5$), tashqi yuzadan aks ettirilgan nur faza siljishiga ega boʻladi $\pi$, lekin ichkaridan — boʻlmaydi. Agar bu nurlarning plyonka yuzasida oʻtgan yoʻllari orasidagi umumiy farq plyonkadagi toʻlqin uzunliklarining yarim butun soniga teng boʻlsa, interferensiya konstruktiv boʻladi. $\lambda$ _$2$ $=\lambda$ _$1$ ${\frac {n_{1}}{n_{2}}}$ .

Yaʼni $\Delta \varphi _{const}=2d{\frac {2\pi }{\lambda _{2}}}+\pi (2k-1)=2d{\frac {2\pi n_{2}}{\lambda _{1}n_{1}}}+\pi (2k-1),k\in \mathbb {Z}$

Ushbu misolda halokatli aralashuv uchun nurlar orasidagi fazalar farqi koʻp boʻlishi kerak $2\pi$.

Yaʼni $\Delta \varphi _{dest}=2d{\frac {2\pi n_{2}}{\lambda _{1}n_{1}}}+2\pi k,k\in \mathbb {Z}$

Plyonka qalinligi uchun nurlarning toʻliq soʻnishi sodir boʻladi: $d_{dest}={\frac {1}{2}}\lambda _{1}k{\frac {n_{1}}{n_{2}}}$

Agar $\lambda _{1}=400$ nm, keyin yog 'plyonkasida bu toʻlqinning toʻlqin uzunligi $\lambda _{2}=\lambda _{1}{\frac {n_{1}}{n_{2}}}=400{\frac {1}{1.5}}\approx 267$ nm.

Sovun pufagidagi yorugʻlik shovqini

Da $k=1$ formula natija beradi $d_{dest}\approx 133$ nm — va bu halokatli shovqinlarni shakllantirish uchun ushbu shartlar uchun minimal plyonka qalinligi.

Spektrning ikkala tomonidagi qoʻshni qismlarining nurlari $\lambda =400$ nm to‘liq aralashmaydi va faqat zaiflashadi. Natijada spektrning baʼzi qismlarining kuchayishi va boshqalarning zaiflashishi plyonka rangini oʻzgartiradi. Bundan tashqari, plyonka qalinligidagi eng kichik oʻzgarishlar darhol kuzatilgan rang spektrining siljishida ifodalanadi — bu taʼsirni sovun pufakchasi misolida koʻrsatish oson.

interferensiya hodisasi bir-biriga aralashmaydigan suyuqliklarning yupqa qatlamida (suv yuzasida kerosin yoki moy), sovun pufakchalarida, benzinda, kapalak qanotlarida, tusli ranglarda va boshqalarda kuzatiladi.

interferensiyani kuzatish shartlari

Keling, bir nechta odatiy holatlarni koʻrib chiqaylik:

1. Toʻlqin qutblanishlarining ortogonalligi.

Qayerda ${\mathbf {E} }_{1_{0}}\perp {\mathbf {E} }_{2_{0}}$ va ${\mathbf {E} }_{1_{0}}{\mathbf {E} }_{2_{0}}=0$ . Hech qanday shovqin chegaralari yoʻq va kontrast 0 ga teng. Bundan tashqari, umumiylikni yoʻqotmasdan, biz toʻlqinlarning qutblanishlari bir xil deb taxmin qilishimiz mumkin.

2. Toʻlqin chastotalari teng boʻlgan taqdirda $\Delta \omega =0$ va tarmoqli kontrasti taʼsir qilish vaqtidan mustaqil $V={\frac {2{\mathbf {E} }_{1_{0}}{\mathbf {E} }_{2_{0}}}{I_{1}+I_{2}}}$ .

3. Holatda $\Delta \omega \tau \gg 2\pi$(radian) funksiya qiymati$\operatorname {sinc} \left({\frac {\Delta \omega \tau }{2}}\right)\simeq 0$ va hech qanday interferensiya namunasi kuzatilmaydi. Tarmoq kontrasti, ortogonal qutblanishlarda boʻlgani kabi, 0 ga teng.

4. Qachon $\Delta \omega \tau <2\pi$ tarmoqli kontrasti asosan chastotalar farqi va taʼsir qilish vaqtiga bogʻliq.

Manbalar

• Myakishev G. Ya., Buxovsev B. B. § 58. Interferensiya sveta // Fizika: Ucheb. dlya 10 kl. sred. shk. — 9-e izd. — M.: Prosveщenie, 1987. — S. 158—161. — 319 s.
• Landsberg G. S. § 126. Kolsa Nyutona // Elementarniy uchebnik fiziki. — 13-e izd. — M.: Fizmatlit, 2003. — T. 3. Kolebaniya i volni. Optika. Atomnaya i yadernaya fizika. — S. 249-266. — 656 s. — ISBN 5922103512.
• Interferensiya sveta / M. D. Galanin // Bolshaya sovetskaya ensiklopediya : [v 30 t.] / gl. red. A. M. Proxorov. — 3-e izd. — M. : Sovetskaya ensiklopediya, 1969—1978.