Интерференце обрасци. Услови максимума и минимума

Интерференце обрасци - то је светло или тамно пруге које изазивају зрацима од којих су у фази или изван фазе међусобно. се додају светлосни таласи и кад примењују, уколико њихови фазе подударају (у правцу повећања или смањења), или су потиру ако су у противфази. Ове појаве се називају конструктивна и деструктивна интерференција, респективно. Ако монохроматске светлосног зрака, сви таласи који имају исту дужину, пролази кроз две уске прореза (експеримент је први пут спроведено у 1801. Тхомас Иоунг, енглески научник, који је, захваљујући њему дошао до закључка да је талас природа светлости), два насталог снопа може бити усмерена на равним екраном која уместо две преклапајућих места настају интерферентних пруга - равномерно наизменично узорак светлих и тамних подручја. Овај феномен се користи, на пример, у свих оптичких интерферометром.

суперпонирање

Дефинисање карактеристика суперпозицију таласа који описује понашање суперпонираним таласа. Принцип лежи у чињеници да када у простору а суперпонираним два таласа, резултујући поремећај једнак алгебарски збир појединачних поремећаја. Понекад на великим поремећаја ово правило је прекршено. Ова једноставна понашање доводи до бројних ефеката који се зову сметње појаве.

Феномен мешања карактеришу два екстрема. Две таласа конструктивно макима поклапају, а они су у фази једни са другима. Резултат суперпозицији је јачање поремећаја. Амплитуда добијеног мешаног таласа једнак збиру појединачних амплитуда. Насупрот томе, деструктивна интерференција у максимално једног таласа поклапа са минимумом другом - они су у опозицији. Амплитуда комбинованог таласа једнака разлици између амплитуда њених саставне делове. У случају где су једнаке, то је потпуна деструктивна интерференција, и нарушавање укупне медијума је нула.

Иоунг експеримент

Мешање образац два извора јасно указује на присуство преклапају таласа. Томас Млади предложио да светлост - талас који поштује принцип суперпозиције. Његова чувена достигнуће је експериментални демонстрација конструктивне и деструктивне интерференције светлости у 1801. Модерна верзија младих експеримент у природи разликује само по томе што користи кохерентне извора светлости. Ласер равномерно осветљава два паралелна прореза у непрозирне површине. Светло које пролази кроз њих, постоји даљински екран. Када је ширина између прореза је значајно већи од таласне дужине, правила геометријске оптике су приметили - видети на екрану два осветљеним региона. Међутим, приступ прореза преломљеном светлости и таласи на екрану се преклопе једни на друге. Дифракција је само по себи последица таласне природе светлости, и још један пример овог ефекта.

Мешање образац

Принцип суперпозиције одређује дистрибуцију добијену интензитета на осветљеном екрану. Мешање образац јавља се када је разлика пут од прорез на екран је једнак целом броју таласних дужина (0, Кс, 2λ, ...). Ова разлика омогућава да тонови долазе у исто време. Деструктивна интерференција се јавља када је разлика пут једнак са целог броја таласних дужина оффсет за пола (λ / 2, 3λ / 2, ...). Јунг користи геометријске аргументе да покаже да суперпозиције доводи до низа једнако размакнутих бендова или високим подручјима интензитета одговарају регионима конструктивне сметњи, раздвојене тамним областима пуним деструктивна.

рупа размак

Важан геометрија параметар са два прореза је однос светлости таласне λ и растојање између рупа госте д. Ако λ / д много мање од 1, удаљеност између бендова биће мала и преклапају ефекти се не поштују. Користећи уско распоређених прореза, Јунг је био у стању да деле светлост и тамна подручја. Дакле, он је одредио таласне дужине видљиве светлости боја. Њихова изузетно мала вредност објашњава зашто се ови ефекти посматра само под одређеним условима. Да подели области конструктивног и деструктивног сметњи, растојање између извора светлосних таласа мора бити веома мали.

таласна дужина

Посматрање интерференције ефеката је изазов за два других разлога. Већина извори светлости емитује континуални таласни спектар, што доводи до формирања више сметњи образаца суперпонираним једни на друге, сваки са интервалом између пруге. Ово елиминише најизраженији ефекте, као што су области потпуном мраку.

повезаност

То мешање се може посматрати током дугог временског периода, потребно је користити кохерентне извора светлости. То значи да су извори зрачења мора одржавати сталну фазе односа. На пример, два хармоника таласи истој фреквенцији увек имају фиксни фазе однос према свакој тачки у простору - било у фази или у фази опозицији или у некој средњи стању. Међутим, већина извора светлости емитује праву хармоник. Уместо тога, они емитују светлост, у којем случајни промена фазе јавља милиона пута у секунди. Такво зрачење се назива неповезан.

Идеалан извор - ласерски

Интерференција још увек забележена када суперпонирају таласе у простору два некохерентних извора, али интерферентне обрасци варирају случајно, заједно са случајним фазни помак. Сензори, укључујући очи, не могу регистровати брзо мијења слику, а само просечна интензитет времена. Ласерски зрак је готово монохроматска (м. Е. Састоји се од једне таласне дужине) и хигхли-. То је идеалан извор светлости за посматрање сметње ефекте.

Одређивање учесталости

Након Јунга 1802 мерних таласне дужине видљиве светлости може бити у корелацији са недовољно прецизним брзином светлости доступним у време израчунавања његову приближну фреквенцију. На пример, зелено светло једнака око 6 × Оцтобер ¹⁴ Хз. Ово је много редова величине већа од фреквенције механичких вибрација. За поређење, особа може чути звук са фреквенцијама до 2 × ¹⁰ Април Хз. Шта је тачно варира по стопи даље остаје мистерија за наредних 60 година.

Сметње у танких слојева

Посматрани ефекти нису ограничени на двоструком геометрије отвором користи Тхомас Иоунг. Када постоји одраз и преламање зрака из две површине одвојене удаљености упоредив са таласне дужине, сметње дешава у танких филмова. Улога филма измедју површина може играти вакум, ваздух, течност или неки транспарентни чврсто тело. У видљиве светлости интерференције ефекти су ограничени величине неколико микрометара. Позната пример свих филма балон. Светлост рефлектује од њега, је суперпозиција два таласа - једна се огледа са предње површине, а други - на леђима. Они се преклапају у простору и додао да једни другима. У зависности од дебљине сапуна филма, два таласа може комуницирати конструктивно или деструктивно. Комплетан прорачун интерференције обрасца показује да за светлост са таласне дужине λ се опажа конструктивна интерференција за дебљину филма од λ / 4, 3λ / 4, 5λ / 4 итд, и деструктивно - .. То λ / 2, λ, 3λ / 2, ...

Формуле за израчунавање

мешање феномен је много користи, зато је важно да се разуме основну једначину која се односи на њих. Следеће једначине омогућавају израчунавање различитих вредности везаних за ометања за своја два најчешће случаја.

траке Лоцатион Лигхт Ин Иоунг експеримента, .. ле сајтови са конструктивном интерференције може се израчунати помоћу израза: _{и светлост.} = (ΛЛ / д) м, где λ - таласна дужина; м = 1, 2, 3, ...; д - растојање између прореза; Л - растојање до циља.

.. Лоцатион тамне траке, односно подручја разорне интеракције даје: _{и мрак.} = (ΛЛ / д) (м + 1/2).

За друге врсте сметњи - у танким филмовима - присуство конструктивног и деструктивног суперпозиције одређује фазни помак на огледа таласа, што зависи од дебљине филма и индекса преламања тога. Прва једначина описује случај одсуства таквог померања, а друга - помак од пола таласне дужине:

2НТ = мλ;

2НТ = (м + 1/2) λ.

Овде, λ - таласна дужина; м = 1, 2, 3, ...; Т - пут пресеца у филму; Н - индекс преламања.

Посматрање у природи

Када сунце сија на буббле, можете видети светле боје пруге, јер различите таласне дужине су подвргнути деструктивне сметње и уклоњен из рефлексије. Преостали рефлектована светлост појављује као комплементарни уклањање боје. На пример, ако као резултат деструктивног сметњи недостаје црвена компонента, рефлексија бити плаво. Танак филм који уља на води даје сличан ефекат. У природи, перје неких птица, укључујући и паунова и колибри, и шкољкама неких буба појаве светлије, а мења боју када мењате угао гледања. оптицал пхисицс овде је мешање светлосних таласа рефлектују од танких слојевитих структура или низовима одражавају шипке. Слично бисери и омотач су ирис, због суперпозиције рефлексији од више слојева бисера. Драго камење попут опала, показују прелепе интерференције паттернс изазване расејања светлости из редовних структура формираних микроскопске сферних честица.

апликација

Постоји много технолошких апликација светлосних сметњи појава у свакодневном животу. Они су засновани оптику физика камере. Нормално сочива антирефлексиони слојеви је танак филм. Дебљине и преламање зрака је тако изабрани да производе деструктивну интерференција рефлектоване видљиве светлости. Више специјализованих превлаке се састоје од више слојева танких филмова намењених доношење само зрачење у уском опсегу таласних дужина и стога се користе као филтери. Вишеслојне превлаке се такође користи за повећање рефлексију на огледала астрономских телескопа, као и Оптицал резонатора. Интерферометрија - тачне методе мерења које се користе за регистровање малих промена у релативне раздаљине - се заснива на посматрању на смене светла и таме опсега производи рефлектоване светлости. На пример, мерење како мења мешање образац омогућава да подесите закривљеност површине оптичких компоненти оптичког таласних дужина режњевима.