Smetnje uzoraka. Uvjeti maksimuma i minimuma

Smetnji obrasci - to je svjetlo ili tamne pruge koje su uzrokovane zrakama koje su u fazi ili izvan faze jedno s drugim. Svjetlosni valovi i slično se dodaju kada se primjenjuje, ako im faze podudarati (u smjeru povećanja ili smanjenja) ili oni međusobno se ako su u protivfaza. Ove pojave se nazivaju konstruktivne i destruktivne interferencije, respektivno. Ako monokromatski snop svjetlosti, svi valovi koji imaju istu duljinu, prolazi kroz dva uska proreza (eksperiment prvi put proveden 1801. Thomas Young, engleski znanstvenik, koji je, zahvaljujući njemu došao do zaključka da je valne prirode svjetlosti), dvije nastale zrake mogu biti usmjereni na ravnom ekranu koji umjesto dva bliska mjesta nastaju smetnje resice - jednoliko naizmjenično uzorak svijetlih i tamnih područja. Ovaj fenomen se koristi, na primjer, u svim optičkim interferometers.

slaganje

Definiranje karakteristika superpozicija valova koji opisuje ponašanje nanizanih valova. Njegov princip leži u činjenici da kada se u prostoru od nanizanih dva vala, nastali poremećaj je jednak algebarskom zbroju pojedinih smetnji. Ponekad kod velikih perturbacija je povrijeđeno ovo pravilo. Ovaj jednostavan ponašanje dovodi do niza efekata koji se nazivaju pojave smetnji.

Fenomen smetnji karakteriziraju dvije krajnosti. Dva valovi konstruktivno maksimumi podudaraju, a oni su u fazi jedni s drugima. Rezultat superpozicija je jačanje poremećaja. Amplituda vala nastalog miješane jednak zbroju pojedinačnih amplitude. S druge strane, destruktivna interferencija u najviše jednom vala podudara s minimumom drugog - oni su u opoziciji. Amplituda vala kombiniranog je jednaka razlici između amplitude njegovim sastavnim dijelovima. U slučaju kada su oni jednaki, to je potpuna destruktivna interferencija i narušavanje ukupne medij je nula.

Youngov pokus

Uzorak interferencije dvaju izvora jasno ukazuje na prisutnost preklapajućih valova. Thomas Young je predložio da svjetlo - val koji se pokorava princip superpozicije. Njegov slavni uspjeh bio je eksperimentalni dokaz konstruktivne i destruktivne interferencije svjetlosti 1801. Moderna verzija Young eksperiment u prirodi razlikuje samo po tome što koristi koherentnih izvora svjetlosti. Laserski ravnomjerno osvjetljava dvije paralelne proreze u nepropusne površine. Svjetlost prolazi kroz njih, tu je daljinski zaslon. Kada je širina između proreza je znatno veća od valne duljine, pravila geometrijske optike promatranih - vidjeti na zaslonu dvije osvijetljenim područjima. Međutim, pristup proreza difraktira svjetlo i valovi na ekranu se jedno nad drugim. Difrakcija je sama posljedica valne prirode svjetlosti, a još je jedan primjer u tom smislu.

Uzorak interferencije

Princip superpozicije određuje razdiobe intenziteta na osvijetljenom zaslonu. Uzorak smetnji nastaje kada je put razlika od proreza na zaslonu jednak je cijeli broj valnih duljina (0, X, 2λ, ...). Ta razlika se osigurava da uspone dolaze u isto vrijeme. Destruktivna interferencija se javlja kada je put razlika jednaka na cijeli broj valnih duljina pomaknuta za polovicu (λ / 2, 3λ / 2, ...). Jung koristi geometrijske argumente pokazati da je superpozicija dovodi do niza jednako razmaknutih bendova ili područjima visoke intenzitet odgovaraju regijama konstruktivne interferencije, odvojene tamnih područja punih destruktivno.

razmak rupa

Važan parametar geometrija s dva proreza je omjer svjetla valnoj duljini, a razmak između otvora d. Ako λ / d je mnogo manje od 1, udaljenost između bendova će biti mala i preklapaju učinci ne poštuju. Korištenje usko raspoređene proreze, Jung je bio u mogućnosti da rastavljaju svjetlost i tamna područja. Dakle, on je odredio valne duljine vidljive svjetlosti boja. Njihova iznimno mala vrijednost objašnjava zašto su ti efekti se promatraju samo pod određenim uvjetima. Podijeliti područja konstruktivne i destruktivne interferencije, udaljenost između izvora svjetlosti valova mora biti vrlo mali.

valna duljina

Promatranje utjecaja smetnji je izazov za druga dva razloga. Većina izvori svjetlosti valne duljine emitira kontinuirani spektar, što je rezultiralo formiranjem višestrukih uzoraka interferencije nanizanih na drugog, svaki s razmakom između pruga. To eliminira najizraženiji efekti kao što su područja potpunom mraku.

koherencija

Da se smetnje mogu se promatrati tijekom dugog vremenskog razdoblja, potrebno je koristiti koherentnih izvora svjetlosti. To znači da su izvori zračenja mora održavati stalnu vezu faze. Na primjer, dvije harmonički valovi istoj frekvenciji uvijek imaju fiksni odnos faza u svakoj točki u prostoru - bilo u fazi ili fazi opoziciji ili na neki srednji stanju. Međutim, većina od izvora svjetlosti emitira pravi harmonijski val. Umjesto toga, oni emitiraju svjetlo, u kojem slučajna promjena faza pojavljuje milijuna puta u sekundi. Takvo zračenje se naziva nesuvislo.

Idealan izvor - laser

Smetnje i dalje se posmatra kada se superponira valova u prostoru od dva nesuvisle izvora, ali obrasci interferencije razlikovati nasumično, zajedno sa slučajnim fazni pomak. Svjetlo senzori, uključujući oči, ne može registrirati brzo mijenja sliku, a tek prosječni intenzitet vremena. Laserska zraka je gotovo monokromatski (m. E. Sastoji se od jedne valne duljine) i visokorazvijenim. To je idealan izvor svjetla za promatranje učinaka smetnji.

Određivanje frekvencije

Nakon Jung 1802 mjerne valne duljine vidljive svjetlosti može dovesti u vezu s nedovoljno precizno brzinom svjetlosti je dostupna u vrijeme za izračunavanje njegovu približnu frekvenciju. Na primjer, zeleno svjetlo jednaka oko 6 × listopad ¹⁴ Hz. To je mnogo redova veličine veća od učestalosti mehaničkih vibracija. Za usporedbu, jedna osoba može čuti zvuk s frekvencijom od 2 × ¹⁰ travnja Hz. Što se točno mijenja po stopi još uvijek ostaju misterij za sljedećih 60 godina.

Smetnje u tankim filmovima

Uočeni učinci nisu ograničeni na dvostruki geometrije prorez koristi Thomas Young. Kada je odbijanje i lom zraka sa dvije površine odvojenih udaljenosti usporediv s valnom duljinom, miješanje odvija u tankim slojevima. Uloga filma između površina može imati vakuum, zraka, tekućine ili bilo prozirni kruto tijelo. U vidljivog svjetla efekti interferencije ograničene su veličine nekoliko mikrometara. Poznati primjer svim filma je balon. Svjetlo koje se reflektira od njega, je superpozicije dvaju valova - jedna ogleda s prednje površine, a drugi - na leđima. Oni se preklapaju u prostoru i dodao da jedni druge. Ovisno o debljini sapun filma, dva vala mogu komunicirati konstruktivno ili destruktivno. Potpuni izračun uzorak interferencije pokazuje da za svjetlo valne duljine λ se opaža konstruktivna interferencija debljine filma od À / 4, 3λ / 4, 5λ / 4, itd, i razaranja - .. Za X / 2, λ, 3λ / 2, ...

Formule za izračunavanje

smetnje fenomen je mnogo koristi, tako da je važno da razumiju osnovne jednadžbe na njih odnosi. Sljedeće jednadžbe omogućuju izračun različitih vrijednosti povezanih sa smetnjama, po dva većini slučajeva.

svjetlo Lokacija trake u Young eksperimentu .. Tj stranice sa konstruktivne interferencije može se izračunati pomoću izraza: y _{je svjetlo.} = (ΛL / d) m, gdje je λ - valna duljina; m = 1, 2, 3, ...; d - udaljenost između otvora; L - udaljenost za ciljanje.

.. Lokacija tamne trake, odnosno područja destruktivnog međudjelovanja je izrazom: y _{je mrak.} = (ΛL / d) (m + 1/2).

Za ostale smetnje vrsta - u tankim filmovima - prisutnost konstruktivne ili destruktivne superpozicije određuje fazni pomak reflektiranog vala, što ovisi o debljini filma i indeks loma njega. Prva jednadžba opisuje slučaj odsutnosti takvog pomaka, a drugi - pomak od pola valne duljine:

2NT = mλ;

2NT = (m + 1/2) λ.

Evo, λ - valna duljina; m = 1, 2, 3, ...; t - put prošao u filmu; n - indeks loma.

Promatranje u prirodi

Kad sunce sja na balon, možete vidjeti svijetle boje pruge, jer su različite valne duljine podvrgnuti destruktivne interferencije i ukloniti iz refleksije. Preostali reflektirano svjetlo se pojavljuje kao komplementarne uklanjanje boje. Na primjer, ako kao rezultat destruktivne interferencije je odsutan crvena komponenta, odraz će biti plave boje. Tanki film ulja na vodi stvara sličan učinak. U prirodi, perje nekih ptica, uključujući paunovi i kolibrića, a školjke nekih kukaca pojavljuju svjetlije, a mijenja boju kada promijenite kut gledanja. optička fizika ovdje je interferencija svjetlosnih valova odbija od tankih slojevite strukture ili polja odražavaju šipke. Slično bisera i ljuska su šarenice zbog superpozicija refleksije od više slojeva bisera. Drago kamenje kao što su opal, pokazuju najljepše uzorke interferencije uzrokovane raspršenje svjetlosti od redovitih struktura nastalih mikroskopske sfernih čestica.

primjena

Postoje mnoge tehnološke primjene lakih smetnji pojava u svakodnevnom životu. Oni se temelje optike fizika fotoaparata. Normalno leće sitotisak je tanki film. Njegova debljina i prelamanje zrake, tako su odabrani da se dobije destruktivni smetnje reflektiranog vidljive svjetlosti. Više specijaliziranih premazi koji se sastoje od više slojeva tankih filmova namijenjenih prolazi samo zračenje u uskom rasponu valnih duljina i stoga se koriste kao filtri. Višeslojne prevlake su također korišteni za povećanje reflektivnost ogledala astronomskih teleskopa, kao i optički laser rezonatori. Interferometrije - precizna mjerenja metode koje se koriste za evidentiranje male promjene u relativnoj udaljenosti - temelji se na promatranju smjene svjetla i tamne bendova proizvedenih reflektirane svjetlosti. Na primjer, mjerenje koliko je uzorak interferencije mijenja, omogućuje da postavite zakrivljenost površine optičkih komponenti u optičkim valne duljine režnjeva.