Patróns de interferencia. Condicións de máximo e mínimo

patróns de interferencia - é raias claras ou escuras que son causados polos raios dos cales están en fase ou fóra de fase entre si. As ondas de luz e similares son engadidos cando aplicados, as súas fases coincidir (no sentido de aumentar ou diminuír), ou que se anulan mutuamente, se eles están en oposición de fase. Estes fenómenos son chamados de interferencia construtiva e destrutiva, respectivamente. Se feixe de luz monocromática, as ondas que teñen a mesma lonxitude, pasa por dúas fendas estreitas (o experimento foi realizado por primeira vez en 1801 por Thomas Young, Inglés científico, que, grazas a el chegou á conclusión de que a natureza ondulatoria da luz), dous do feixe resultante pode ser dirixido sobre unha pantalla plana que, no canto das dúas manchas sobrepostas son formadas franxas de interferencia - alternando uniformemente patrón de áreas claras e escuras. Este fenómeno é utilizado, por exemplo, en todo interferómetros ópticos.

superposición

A característica definidora dunha superposición de ondas que describen o comportamento de ondas sobrepostas. O seu principio reside no feito de que, cando no espazo dunha sobrepostas dúas ondas, a perturbación resultante é igual á suma alxebraica dos disturbios individuais. Ás veces, en grandes perturbacións esta regra sexa violada. Este comportamento simple leva a unha serie de efectos que son chamados fenómenos de interferencia.

O fenómeno de interferencia caracterízase por dous extremos. As dúas ondas de forma construtiva máximos coinciden, e están en fase entre si. O resultado da superposición é o fortalecemento do trastorno. A amplitude da onda mixto resultante é igual á suma das amplitudes individuais. Por outra banda, a interferencia destrutiva nun máximo de unha onda coincide co segundo mínimo - están en oposición. A amplitude da onda combinada é igual á diferenza entre as amplitudes dos seus compoñentes. No caso en que son iguais, é a interferencia destrutiva completa, e perturbación do medio total é cero.

experiencia de Young

O patrón de interferencia das dúas fontes indica claramente a presenza de ondas sobrepostas. Thomas Young suxeriu que a luz - unha onda que obedece ao principio de superposición. A súa famosa conquista foi a demostración experimental do constructiva e destrutiva interferencia da luz en 1801 A versión moderna da experiencia de Young na natureza difire só na medida en que utiliza fontes de luz coherente. Láser uniformemente ilumina dúas fendas paralelas na superficie opaca. A luz que pasa a través deles, hai unha pantalla remota. Cando o ancho entre as fendas é significativamente maior que a lonxitude de onda, as regras da óptica xeométrica observada - ver na pantalla dúas rexións iluminadas. Con todo, o enfoque de gretas difractada luz e as ondas sobre a pantalla son traspasadas unhas sobre as outras. A difracción é en si unha consecuencia da natureza da onda de luz, e aínda outro exemplo deste efecto.

O patrón de interferencia

O principio de superposición determina a distribución de intensidade resultando na pantalla iluminada. O patrón de interferencia é provocada cando a diferenza de traxecto de fenda para a pantalla é igual ao número total de lonxitudes de onda (0, λ, 2λ, ...). Esa diferenza asegura que elevacións veñen á vez. interferencia destrutiva ocorre cando a diferenza de camiño igual a un número enteiro de lonxitudes de onda de desprazamento por metade (λ / 2, 3λ / 2, ...). Jung utilizado argumentos xeométricas para amosar que a superposición conduce a unha serie de bandas superiores igualmente ou áreas de alta intensidade que corresponden ás rexións de interferencia construtiva, separadas por zonas escuras completos destrutiva.

espazamento burato

Un importante parámetro xeometría con dúas fendas, é a razón entre a lonxitude de onda de luz λ ea distancia entre buracos d. Se λ / d é moito menos do que 1, a distancia entre os grupos será pequena e efectos de superposición non son observados. Utilizando fendas espazos, Jung foi capaz de dividir a áreas claras e escuras. Así, el determinou as lonxitudes de onda de cores da luz visible. A súa moi pequeno valor explica por estes efectos son observados só baixo certas condicións. Para dividir as áreas de interferencia construtiva e destrutiva, a distancia entre a fonte de ondas de luz debe ser moi pequena.

lonxitude de onda

Observación dos efectos de interferencia é un reto para outras dúas razóns. A maioría das fontes de luz emite un espectro de lonxitude de onda continua, resultando na formación de múltiples estándares de interferencia sobrepostos uns sobre os outros, cada un cun intervalo entre as raias. Isto elimina os efectos máis pronunciados como áreas de completa escuridade.

coherencia

Esta interferencia pode ser observado durante un longo período de tempo, é necesario o uso de fontes de luz coherentes. Isto significa que as fontes de radiación debe manter unha relación de fase constante. Por exemplo, dúas ondas harmónicas de frecuencia a mesma sempre ter unha relación de fase fixa para cada punto no espazo - ou en fase ou en oposición de fase, ou nalgún estado intermedio. Con todo, a maioría das fontes de luz emite a verdadeira onda harmónica. En vez diso, eles emiten luz, no que o cambio de fase aleatoria ocorre millóns de veces por segundo. Esta radiación é chamado incoherente.

fonte ideal - láser

Interferencia aínda é observado cando superpostas ondas no espazo de dúas fontes incoherentes, pero os patróns de interferencia variar aleatoriamente, xunto con un desprazamento de fase aleatoria. sensores de luz, incluíndo os ollos, non pode rexistrar unha imaxe en rápida mudanza, e só a intensidade media do tempo. O feixe de láser é case monocromática (m. E. consiste nun único lonxitude de onda) e un highly-. É unha fonte de luz ideal para a observación de efectos de interferencia.

Determinación da frecuencia

Despois Jung 1802 de lonxitudes de onda de medida de luz visible pode ser correlacionado coa velocidade suficientemente precisas de luz dispoñible no momento de calcular a súa frecuencia aproximada. Por exemplo, a luz verde é igual a preto de 6 × outubro ¹⁴ Hz. Este é moitas ordes de magnitude maior que a frecuencia de vibracións mecánicas. Para efecto de comparación, un pode escoitar o son con frecuencias de ata 2 × ¹⁰ de abril Hz. O que varía exactamente a un ritmo aínda permanecía un misterio para os próximos 60 anos.

Interferencia en películas finos

Os efectos observados non están limitados a xeometría fenda dobre usado por Thomas Young. Cando hai unha reflexión e refracción dos raios das dúas superficies separadas por unha distancia comparable coa lonxitude de onda, a interferencia ocorre en películas finos. O papel de película entre as superficies pode desempeñar un baleiro, aire, líquido ou calquera corpo sólido transparente. Á luz visíbel efectos de interferencia son limitados polos tamaños dalgúns micrómetros. Un exemplo coñecido de toda a película é unha burbulla. A luz reflectida a partir del, é unha superposición de dúas ondas - un é reflectida a partir da superficie frontal, ea segunda - na parte de atrás. Se sobrepoñen no espazo e engadiu-se uns aos outros. Dependendo do grosor da película de xabón, dúas ondas poden interactuar de forma construtiva ou destrutiva. Un cálculo completa do nivel de interferencia indica que a luz cunha lonxitude de onda λ interferencia constructiva é observada para un espesor de película de λ / 4, 3λ / 4, 5λ / 4, etc., e destrutiva - .. Para? / 2, λ, 3λ / 2, ...

Fórmulas para o cálculo

fenómeno de interferencia foi moitos usos, polo que é importante entender a ecuación básica que lles diga respecto. Os seguintes ecuacións permiten o cálculo das diferentes valores asociados coa interferencia, para os seus dous casos máis comúns.

tiras de localización de luz en experiencia de Young, .. sitios ou sexa, con interferencias construtiva pode ser calculada mediante a expresión: y _{é luz.} = (ΛL / d) m, onde λ - lonxitude de onda; m = 1, 2, 3, ...; d - a distancia entre as fendas; L - distancia do destino.

.. Localización bandas escuras, ou sexa, as áreas de interacción destrutiva é dado por: y _{é escuro.} = (ΛL / d), (m + 1/2).

Por outras interferencias especies - en películas finos - a presenza de superposición construtiva ou destrutiva determina o desprazamento de fase das ondas reflectidas, o cal depende do grosor da película eo Dice de refraco do mesmo. A primeira ecuación describe o caso de ausencia de tal cambio, ea segunda - un cambio de metade da lonxitude de onda:

2NT = mλ;

2NT = (m + 1/2) λ.

Aquí, λ - lonxitude de onda; m = 1, 2, 3, ...; t - camiño percorrido na película; N - índice de refracción.

Observación na natureza

Cando o sol brilla sobre a burbulla, podes ver as raias de cores brillantes, xa que diferentes lonxitudes de onda son sometidos a interferencia destrutiva e eliminado da reflexión. A luz reflectida resto aparece como unha eliminación de cor complementaria. Por exemplo, como un resultado de interferencia destrutiva é compoñente vermello ausente, a reflexión será azul. A película fina de aceite sobre a auga produce un efecto semellante. Na natureza, as penas de algunhas aves, incluíndo pavões e carrizos, e as cunchas dalgúns Escaravello parecen máis brillantes, mentres cambiando de cor cando cambiar o ángulo de visión. física óptica aquí é a interferencia das ondas de luz reflectida a partir das estruturas ou matrices en capas finas puntas reflectantes. Do mesmo xeito perlas e shell son vella, debido á superposición de reflexións a partir de múltiples capas de perla. pedras preciosas, como opala, presentan fermosos patróns de interferencia causadas por extendido de luz a partir de estruturas regulares formados por partículas esféricas microscópicas.

aplicación

Existen moitas aplicacións tecnolóxicas dos fenómenos de interferencia de luz na vida cotiá. Eles están baseados óptica da cámara física. revestimento antirreflexo de lentes normal é unha película fina. A súa espesura ea refracción de raios son escollidas para producir interferencias destrutiva da luz reflectida visible. revestimentos máis especializadas que consisten en varias capas de películas finos destinados para o paso de só a radiación de lonxitude de onda dentro dunha gama estreita e, polo tanto, son usados como filtros. revestimentos multicapa tamén son usados para aumentar a reflectir de espellos telescopio astronómico, e os ressonadores láser óptico. Interferometría - Métodos de medida precisos utilizados para rexistrar pequenos cambios na distancia relativa - baséase na observación das desviacións de luz e bandas escuras producidos pola luz reflectida. Por exemplo, unha medida de como o patrón de interferencia cambia, permite definir a curvatura das superficies de compoñentes ópticos en unha lonxitude de onda óptico lóbulos.