Интерференция үлгүлөрү - бул бири-бирине фазада же фазадан тышкары болгон нурлардан пайда болгон ачык же караңгы тилкелер. Жарык жана ушуга окшош толкундар үстү-үстүнө коюлганда фазалары дал келсе (көбөйүү жана төмөндөө багытында) кошулат же антифазада болсо, бири-бирин компенсациялайт. Бул көрүнүштөр тиешелүүлүгүнө жараша конструктивдүү жана кыйратуучу кийлигишүү деп аталат. Эгерде бардыгы бирдей толкун узундугуна ээ болгон монохроматтык нурлануунун шооласы эки тар тешиктен өтсө (эксперимент биринчи жолу 1801-жылы англиялык окумуштуу Томас Янг тарабынан жүргүзүлүп, анын аркасында толкундун табияты жөнүндө жыйынтыкка келген жарыктын), пайда болгон эки нур жалпак экранга багытталышы мүмкүн, аларда бири-бирин кайталаган эки тактын ордуна интерференциялык чектер пайда болот - бир калыпта алмашып турган жарык жана караңгы аймактардын үлгүсү. Бул көрүнүш, мисалы, бардык оптикалык интерферометрлерде колдонулат.
Суперпозиция
Бардык толкундардын аныктоочу мүнөздөмөсү бул суперпозиция, ал үстү-үстүнө түшкөн толкундардын жүрүм-турумун сүрөттөйт. Анын принциби космосто болгондоЭгерде экиден ашык толкун кошулса, анда пайда болгон толкундоо жеке толкундоолордун алгебралык суммасына барабар болот. Кээде бул эреже чоң бузулуулар үчүн бузулат. Бул жөнөкөй жүрүм-турум кийлигишүү көрүнүштөрү деп аталган бир катар эффекттерге алып келет.
Интерференция феномени эки экстремалдуу жагдай менен мүнөздөлөт. Конструктивдүү максимумда эки толкун дал келет жана алар бири-бири менен фазада болушат. Алардын суперпозициясынын натыйжасы - тынчсыздандырган эффекттин күчөшү. Пайда болгон аралаш толкундун амплитудасы жеке амплитудалардын суммасына барабар. Жана тескерисинче, кыйратуучу интерференцияда бир толкундун максимуму экинчинин минимумуна дал келет – алар антифазада. Бириккен толкундун амплитудасы анын курамдык бөлүктөрүнүн амплитудаларынын айырмасына барабар. Алар бирдей болгон учурда кыйратуучу интерференция толук болуп, чөйрөнүн жалпы бузулушу нөлгө барабар болот.
Юнгдун эксперименти
Эки булактан келген интерференция үлгүсү бири-бирин кайталаган толкундардын бар экенин ачык көрсөтүп турат. Томас Юнг жарыкты суперпозиция принцибине баш ийген толкун деп сунуштаган. Анын атактуу эксперименталдык жетишкендиги 1801-жылы жарыктын конструктивдүү жана кыйратуучу интерференциясын көрсөтүү болгон. Янгдын экспериментинин заманбап версиясы когеренттүү жарык булактарын колдонгондугу менен гана айырмаланат. Лазер тунук эмес беттеги эки параллелдүү жараканы бирдей жарыктандырат. Алар аркылуу өткөн жарык алыскы экранда байкалат. уячалардын ортосундагы туурасы алда канча көп болгондотолкун узундугу, геометриялык оптика эрежелери сакталат - экранда эки жарыктандырылган аймак көрүнүп турат. Бирок, тешиктер бири-бирине жакындаган сайын жарыктын дифракцияланып, экрандагы толкундар бири-бирин кайталайт. Дифракциянын өзү жарыктын толкун табиятынын кесепети жана бул эффекттин дагы бир мисалы.
Интерференция үлгүсү
Суперпозиция принциби жарыктанган экранда пайда болгон интенсивдүүлүктүн бөлүштүрүлүшүн аныктайт. Тешиктен экранга чейинки жолдун айырмасы толкун узундуктарынын бүтүн санына (0, λ, 2λ, …) барабар болгондо интерференция үлгүсү пайда болот. Бул айырмачылык жогорку көрсөткүчтөрдүн ошол эле учурда келишин камсыздайт. Деструктивдүү интерференция жол айырмасы жарымына (λ/2, 3λ/2, …) жылган толкун узундуктарынын бүтүн санында болгондо пайда болот. Юнг геометриялык аргументтерди колдонуп, суперпозициянын натыйжасында жалпы кыйратуучу кийлигишүүнүн кара тактары менен бөлүнгөн конструктивдүү интерференция аймактарына туура келген бир катар тегиз аралыктагы чектер же жогорку интенсивдүү тактар пайда болот.
Тешиктердин ортосундагы аралык
Кош тилкелүү геометриянын маанилүү параметри болуп жарыктын толкун узундугунун λ тешиктердин ортосундагы аралыкка катышы саналат d. Эгерде λ/d 1ден алда канча аз болсо, анда этегинин ортосундагы аралык кичине болуп калат жана эч кандай кабатталыш эффекттери байкалбайт. Жакын жайгашкан тешиктерди колдонуу менен Юнг караңгы жана жарык аймактарды ажырата алган. Ошентип, ал көрүнгөн жарыктын түстөрүнүн толкун узундуктарын аныктаган. Алардын өтө кичинекей чоңдугу бул эффекттердин эмне үчүн гана байкалаарын түшүндүрөтбелгилүү бир шарттарда. Конструктивдүү жана кыйратуучу интерференциянын аймактарын бөлүү үчүн жарык толкундарынын булактарынын ортосундагы аралыктар өтө аз болушу керек.
Толкун узундугу
Кедергилердин эффекттерине байкоо жүргүзүү дагы эки себеп менен кыйынга турат. Көпчүлүк жарык булактары толкун узундуктарынын үзгүлтүксүз спектрин чыгарышат, натыйжада бири-бирине капталган бир нече интерференция үлгүлөрү пайда болот, алардын ар бири чек араларынын өз аралыгы менен. Бул толугу менен караңгылыктын аймактары сыяктуу эң көрүнүктүү эффекттерди жокко чыгарат.
Коренттүүлүк
Кедергилер узак убакыт бою байкалышы үчүн когеренттүү жарык булактары колдонулушу керек. Бул нурлануу булактары туруктуу фазалык байланышты сактоо керек дегенди билдирет. Мисалы, бирдей жыштыктагы эки гармоникалык толкундар мейкиндиктин ар бир чекитинде ар дайым туруктуу фазалык байланышка ээ - же фазада, же антифазада, же кандайдыр бир аралык абалда. Бирок, көпчүлүк жарык булактары чыныгы гармоникалык толкундарды чыгарбайт. Анын ордуна, алар кокус фазалык өзгөрүүлөр секундасына миллиондогон жолу болгон жарык чыгарышат. Мындай нурлануу когерентсиз деп аталат.
Идеалдуу булак - лазер
Интерференция дагы эле эки ыраатсыз булактын толкундары мейкиндикте капталганда байкалат, бирок интерференция схемалары кокус фазалык жылыш менен бирге туш келди өзгөрөт. Жарык сенсорлору, анын ичинде көздөр тез каттала албайтсүрөттү өзгөртүү, бирок убакыттын орточо интенсивдүүлүгү гана. Лазердик нур дээрлик монохроматтуу (б.а. бир толкун узундугунан турат) жана өтө когеренттүү. Бул интерференциялык эффекттерди байкоо үчүн идеалдуу жарык булагы.
Жыштыктарды аныктоо
1802-жылдан кийин, Юнгдун көзгө көрүнгөн жарыктын өлчөнгөн толкун узундуктары анын жыштыгын болжолдоо үчүн ошол кездеги жарыктын жетишсиз так ылдамдыгы менен байланыштуу болушу мүмкүн. Мисалы, жашыл жарык үчүн бул болжол менен 6×1014 Гц. Бул механикалык термелүүлөрдүн жыштыгынан бир нече эсе жогору. Салыштыруу үчүн, адам 2×104 Гц чейин жыштыктагы үндү уга алат. Мындай ылдамдыкта так эмне өзгөрүп турганы кийинки 60 жыл үчүн табышмак бойдон калды.
Жука тасмаларга кийлигишүү
Байкалуучу эффекттер Томас Янг колдонгон кош тешик геометриясы менен эле чектелбейт. Нурлар толкун узундугуна окшош аралык менен бөлүнгөн эки беттен чагылып, сынганда жука пленкаларда интерференция пайда болот. Беттердин ортосундагы пленканын ролун вакуум, аба, ар кандай тунук суюктуктар же катуу заттар аткара алат. Көзгө көрүнгөн жарыкта интерференция эффекттери бир нече микрометрлик өлчөмдөр менен чектелет. Тасманын белгилүү мисалы - самын көбүгү. Андан чагылдырылган жарык эки толкундун суперпозициясы болуп саналат - бири алдыңкы бетинен, экинчиси - арткы тараптан. Алар мейкиндикте бири-бири менен бири-бири менен бири-бирине бири-бирин бири-бири менен биригет. Самындын калыңдыгына жарашатасмалар, эки толкун конструктивдүү же кыйратуучу өз ара аракеттениши мүмкүн. Интерференция схемасын толук эсептөө көрсөткөндөй, бир толкун узундугу λ болгон жарык үчүн конструктивдүү интерференция λ/4, 3λ/4, 5λ/4 ж. λ, 3λ/ 2, …
Эсептөө формулалары
Интерференция феноменинин көптөгөн колдонулушу бар, андыктан негизги теңдемелерди түшүнүү маанилүү. Төмөнкү формулалар эң кеңири тараган эки интерференция учуру үчүн интерференцияга байланышкан ар кандай чоңдуктарды эсептөөгө мүмкүндүк берет.
Янг экспериментиндеги жаркыраган чектердин ордун, башкача айтканда конструктивдүү интерференциялуу аймактарды төмөнкү туюнтма аркылуу эсептөөгө болот: ybright.=(λL/d)m, мында λ толкун узундугу болуп саналат; m=1, 2, 3, …; d - уячалардын ортосундагы аралык; L - бутага чейинки аралык.
Караңгы тилкелердин, б.а. кыйратуучу өз ара аракеттенүү аймактарынын орду төмөнкү формула менен аныкталат: yкараңгы.=(λL/d)(m+1/2).
Интерференциянын башка түрү үчүн - жука пленкаларда - конструктивдүү же кыйратуучу суперпозициянын болушу чагылдырылган толкундардын фазалык жылышын аныктайт, ал пленканын калыңдыгына жана анын сынуу көрсөткүчүнө жараша болот. Биринчи теңдеме мындай жылыш жок болгон учурду, ал эми экинчиси жарым толкун узундуктагы жылышты сүрөттөйт:
2nt=mλ;
2nt=(m+1/2) λ.
Бул жерде λ - толкун узундугу; m=1, 2, 3, …; t - тасмада басып өткөн жол; n - сынуу көрсөткүчү.
Табигаттагы байкоо
Күн самын көбүгүнө тийгенде, жаркыраган түстөгү тилкелер ар кандай толкун узундуктары кыйратуучу интерференцияга дуушар болуп, чагылуудан жок кылынганын көрүүгө болот. Калган чагылган жарык алыскы түстөр үчүн кошумча катары көрүнөт. Мисалы, кыйратуучу кийлигишүүнүн натыйжасында кызыл компонент жок болсо, анда чагылуу көк болот. Суудагы майдын жука пленкасы да ушундай эле эффект берет. Табиятта кээ бир канаттуулардын, анын ичинде павлиндердин жана колибрилердин жүнү, кээ бир коңуздардын кабыктары иридесенттүү болуп көрүнөт, бирок көрүү бурчу өзгөргөндө түсү өзгөрөт. Оптиканын физикасы бул жерде жука катмарлуу структуралардан же чагылтуу таякчаларынын массивдеринен чагылган жарык толкундарынын интерференциясы болуп саналат. Анын сыңарындай, бермет менен кабыктар берметтин бир нече катмарындагы чагылуулардын суперпозициясынын аркасында ириске ээ. Опал сыяктуу асыл таштар микроскопиялык сфералык бөлүкчөлөрдөн түзүлгөн кадимки калыптардан жарыктын чачырашынан улам кооз интерференция үлгүлөрүн көрсөтөт.
Колдонмо
Күнүмдүк жашоодо жарыктык интерференция кубулуштарынын көптөгөн технологиялык колдонмолору бар. Алардын негизинде камера оптикасынын физикасы түзүлгөн. Линзаларды чагылдырууга каршы адаттагыдай капталган жука пленка болуп саналат. Анын калыңдыгы жана сынуусу чагылдырылган көзгө көрүнгөн жарыктын кыйратуучу интерференциясын түзүү үчүн тандалат. турган көбүрөөк адистештирилген каптоожука пленкалардын бир нече катмарлары нурланууну тар толкун узундугунун диапазонунда гана өткөрүүгө арналган жана ошондуктан жарык фильтрлери катары колдонулат. Көп катмарлуу жабуулар астрономиялык телескоптун күзгүлөрүнүн, ошондой эле лазердик оптикалык көңдөйлөрдүн чагылуулугун жогорулатуу үчүн да колдонулат. Интерферометрия - салыштырмалуу аралыктардагы кичине өзгөрүүлөрдү аныктоо үчүн колдонулуучу так өлчөө ыкмалары - чагылган жарыктын натыйжасында түзүлгөн караңгы жана жарык тилкелериндеги жылыштарды байкоого негизделген. Мисалы, интерференция үлгүсү кандайча өзгөрөрүн өлчөө оптикалык компоненттердин беттеринин ийрилигин оптикалык толкун узундугунун фракцияларында аныктоого мүмкүндүк берет.
