Interferentsiya naqshlari bir-biri bilan fazada yoki fazadan tashqarida bo'lgan nurlar tufayli yuzaga keladigan ochiq yoki qorong'i chiziqlardir. Yorug'lik va shunga o'xshash to'lqinlar bir-birining ustiga qo'yilganda, agar ularning fazalari bir-biriga to'g'ri kelsa (ko'payish va pasayish yo'nalishi bo'yicha) qo'shiladi yoki antifazada bo'lsa, ular bir-birini kompensatsiya qiladi. Bu hodisalar mos ravishda konstruktiv va destruktiv interferensiya deb ataladi. Agar to'lqin uzunligi bir xil bo'lgan monoxromatik nurlanish nurlari ikkita tor tirqishdan o'tsa (tajriba birinchi marta 1801 yilda ingliz olimi Tomas Yang tomonidan amalga oshirilgan va u tufayli to'lqin tabiati haqida xulosaga kelgan). yorug'lik), hosil bo'lgan ikkita nurni tekis ekranga yo'n altirish mumkin, ularda bir-biriga o'xshash ikkita nuqta o'rniga interferentsiya chekkalari hosil bo'ladi - yorug'lik va qorong'i joylarning bir tekis almashinadigan naqshlari. Bu hodisa, masalan, barcha optik interferometrlarda qo'llaniladi.
Superpozitsiya
Barcha toʻlqinlarning belgilovchi xususiyati superpozitsiya boʻlib, u qoʻshilgan toʻlqinlarning harakatini tavsiflaydi. Uning printsipi kosmosda bo'lganidaAgar ikkitadan ortiq to'lqinlar ustma-ust qo'yilgan bo'lsa, natijada paydo bo'lgan buzilish individual buzilishlarning algebraik yig'indisiga teng bo'ladi. Ba'zida bu qoida katta buzilishlar uchun buziladi. Bu oddiy xatti-harakatlar interferensiya hodisalari deb ataladigan bir qator effektlarga olib keladi.
Interferentsiya hodisasi ikkita ekstremal holat bilan tavsiflanadi. Ikki to'lqinning konstruktiv maksimallari mos keladi va ular bir-biri bilan fazada bo'ladi. Ularning superpozitsiyasi natijasi bezovta qiluvchi ta'sirning kuchayishi hisoblanadi. Olingan aralash to'lqinning amplitudasi alohida amplitudalarning yig'indisiga teng. Va, aksincha, halokatli interferentsiyada, bir to'lqinning maksimali ikkinchisining minimaliga to'g'ri keladi - ular antifazada. Birlashtirilgan to'lqinning amplitudasi uning tarkibiy qismlarining amplitudalari orasidagi farqga teng. Agar ular teng bo'lsa, destruktiv interferensiya to'liq bo'ladi va muhitning umumiy bezovtalanishi nolga teng.
Jung tajribasi
Ikki manbadan olingan interferentsiya naqshlari bir-birining ustiga chiqadigan to'lqinlar mavjudligini aniq ko'rsatadi. Tomas Jung yorug'lik superpozitsiya printsipiga bo'ysunadigan to'lqin ekanligini aytdi. Uning mashhur eksperimental yutug'i 1801 yilda yorug'likning konstruktiv va buzg'unchi interferensiyasining namoyishi bo'ldi. Yang tajribasining zamonaviy versiyasi asosan kogerent yorug'lik manbalaridan foydalanganligi bilan farq qiladi. Lazer shaffof bo'lmagan sirtdagi ikkita parallel tirqishni bir xilda yoritadi. Ulardan o'tayotgan yorug'lik masofaviy ekranda kuzatiladi. Slotlar orasidagi kenglik dan ancha katta bo'lgandato'lqin uzunligi, geometrik optika qoidalari kuzatiladi - ekranda ikkita yoritilgan maydon ko'rinadi. Biroq, yoriqlar bir-biriga yaqinlashganda, yorug'lik tarqaladi va ekrandagi to'lqinlar bir-birining ustiga chiqadi. Diffraktsiyaning o'zi yorug'likning to'lqin tabiatining natijasidir va bu ta'sirning yana bir misolidir.
Interferentsiya namunasi
Superpozitsiya printsipi yoritilgan ekranda natijada intensivlikning taqsimlanishini aniqlaydi. Interferentsiya sxemasi tirqishdan ekrangacha bo'lgan yo'l farqi to'lqin uzunliklarining butun soniga (0, l, 2l, …) teng bo'lganda yuzaga keladi. Bu farq yuqorilarning bir vaqtning o'zida kelishini ta'minlaydi. Yo'l farqi yarmiga (l/2, 3l/2, …) siljigan to'lqin uzunliklarining butun soni bo'lsa, halokatli interferensiya sodir bo'ladi. Yung geometrik argumentlardan foydalangan holda, superpozitsiya natijasida konstruktiv interferensiya sohalariga mos keladigan bir qator teng oraliqdagi chekkalar yoki to‘liq vayron qiluvchi interferensiyaning qorong‘u dog‘lari bilan ajratilgan yuqori intensivlikdagi yamalar paydo bo‘lishini ko‘rsatdi.
Teshiklar orasidagi masofa
Ikki tirqish geometriyasining muhim parametri yorug'lik to'lqin uzunligi l ning teshiklar orasidagi masofaga nisbati d. Agar l/d 1 dan ancha kichik bo'lsa, u holda chekkalar orasidagi masofa kichik bo'ladi va hech qanday qoplama effektlari kuzatilmaydi. Bir-biriga yaqin joylashgan tirqishlardan foydalangan holda, Jung qorong'u va yorug'lik joylarini ajrata oldi. Shunday qilib, u ko'rinadigan yorug'lik ranglarining to'lqin uzunliklarini aniqladi. Ularning juda kichik kattaligi bu ta'sirlarning faqat kuzatilishini tushuntiradimuayyan sharoitlarda. Konstruktiv va buzg'unchi interferensiya zonalarini ajratish uchun yorug'lik to'lqinlari manbalari orasidagi masofalar juda kichik bo'lishi kerak.
To'lqinbo'yi
Interferentsiya effektlarini kuzatish yana ikkita sababga koʻra qiyin. Aksariyat yorug'lik manbalari to'lqin uzunliklarining uzluksiz spektrini chiqaradi, buning natijasida bir-birining ustiga bir nechta interferentsiya naqshlari qo'shiladi, ularning har biri chekkalar orasidagi o'ziga xos bo'shliqqa ega. Bu toʻliq qorongʻu joylar kabi eng aniq effektlarni bekor qiladi.
Muvofiqlik
Interferentsiya uzoq vaqt davomida kuzatilishi uchun kogerent yorug'lik manbalaridan foydalanish kerak. Bu radiatsiya manbalari doimiy faza munosabatlarini saqlab turishi kerakligini anglatadi. Misol uchun, bir xil chastotali ikkita garmonik to'lqin doimo fazoning har bir nuqtasida - fazada yoki antifazada yoki ba'zi bir oraliq holatda doimiy fazaviy munosabatlarga ega. Biroq, aksariyat yorug'lik manbalari haqiqiy garmonik to'lqinlarni chiqarmaydi. Buning o'rniga, ular tasodifiy faza o'zgarishlari soniyada millionlab marta sodir bo'ladigan yorug'lik chiqaradilar. Bunday nurlanish kogerent deb ataladi.
Ideal manba - lazer
Interferentsiya hali ham kosmosda bir-biriga mos kelmaydigan ikkita manba to'lqinlari qo'shilganda kuzatiladi, lekin interferentsiya naqshlari tasodifiy faza siljishi bilan birga tasodifiy o'zgaradi. Yorug'lik sensorlari, shu jumladan ko'zlar tezda ro'yxatga olinmayditasvirni o'zgartirish, lekin faqat o'rtacha vaqt intensivligi. Lazer nurlari deyarli monoxromatik (ya'ni, bitta to'lqin uzunligidan iborat) va juda kogerentdir. Bu shovqin effektlarini kuzatish uchun ideal yorug'lik manbai.
Chastotani aniqlash
1802 yildan keyin Jung tomonidan o'lchangan ko'rinadigan yorug'likning to'lqin uzunliklari uning chastotasini taxmin qilish uchun o'sha paytda mavjud bo'lgan yorug'lik tezligining etarli darajada aniq emasligi bilan bog'liq bo'lishi mumkin. Masalan, yashil chiroq uchun u taxminan 6×1014 Hz. Bu mexanik tebranishlar chastotasidan ko'p kattalikdagi buyurtmalardir. Taqqoslash uchun, odam 2×104 Hz gacha chastotali tovushni eshita oladi. Bunday tezlikda aynan nima o'zgargani keyingi 60 yil davomida sir bo'lib qoldi.
Yupqa plyonkalarda shovqin
Kuzatilgan effektlar Tomas Young tomonidan qoʻllanilgan qoʻshaloq tirqish geometriyasi bilan cheklanmaydi. To'lqin uzunligi bilan taqqoslanadigan masofa bilan ajratilgan ikkita sirtdan nurlar aks ettirilgan va singan bo'lsa, nozik plyonkalarda interferentsiya paydo bo'ladi. Sirtlar orasidagi plyonka rolini vakuum, havo, har qanday shaffof suyuqlik yoki qattiq moddalar o'ynashi mumkin. Ko'rinadigan yorug'likda interferentsiya effektlari bir necha mikrometrlik tartib o'lchamlari bilan chegaralanadi. Filmning taniqli namunasi - sovun pufagi. Undan aks ettirilgan yorug'lik ikki to'lqinning superpozitsiyasidir - biri old yuzadan, ikkinchisi esa orqa tomondan aks etadi. Ular kosmosda bir-birining ustiga yopishib, bir-birining ustiga yopishadi. Sovunning qalinligiga qarabfilmlar, ikkita to'lqin konstruktiv yoki halokatli tarzda o'zaro ta'sir qilishi mumkin. Interferentsiya sxemasining to'liq hisobi shuni ko'rsatadiki, bir to'lqin uzunligi l bo'lgan yorug'lik uchun plyonka qalinligi l/4, 3l/4, 5l/4 va boshqalar uchun konstruktiv interferensiya kuzatiladi va l/2 uchun halokatli interferensiya kuzatiladi, l, 3l/ 2, …
Hisoblash formulalari
Interferentsiya fenomeni juda ko'p qo'llanishlarga ega, shuning uchun asosiy tenglamalarni tushunish muhimdir. Quyidagi formulalar ikkita eng keng tarqalgan interferentsiya holatlari uchun interferentsiya bilan bog'liq turli miqdorlarni hisoblash imkonini beradi.
Yang tajribasidagi yorqin chekkalarning joylashishini, ya'ni konstruktiv interferensiyali hududlarni quyidagi ifoda yordamida hisoblash mumkin: ybright.=(lL/d)m, bu erda l to'lqin uzunligi; m=1, 2, 3, …; d - teshiklar orasidagi masofa; L - nishongacha bo'lgan masofa.
Qorong'i chiziqlar joylashuvi, ya'ni halokatli o'zaro ta'sir joylari quyidagi formula bilan aniqlanadi: yqorong'i.=(lL/d)(m+1/2).
Boshqa turdagi interferensiyalar uchun - yupqa plyonkalarda - konstruktiv yoki buzg'unchi superpozitsiyaning mavjudligi aks ettirilgan to'lqinlarning fazaviy siljishini aniqlaydi, bu plyonka qalinligi va uning sinishi ko'rsatkichiga bog'liq. Birinchi tenglama bunday siljishning yo'qligi holatini tavsiflaydi, ikkinchisi esa yarim to'lqin uzunlikdagi siljishni tavsiflaydi:
2nt=ml;
2nt=(m+1/2) l.
Bu erda l - to'lqin uzunligi; m=1, 2, 3, …; t - filmda bosib o'tilgan yo'l; n - sindirish ko'rsatkichi.
Tabiatda kuzatish
Quyosh sovun pufagida porlaganda, turli toʻlqin uzunliklari halokatli interferensiyaga duchor boʻlganligi va aks ettirishdan olib tashlanishi natijasida yorqin rangli chiziqlar koʻrinadi. Qolgan aks ettirilgan yorug'lik uzoq ranglarga qo'shimcha sifatida ko'rinadi. Misol uchun, agar halokatli aralashuv natijasida qizil komponent bo'lmasa, u holda ko'zgu ko'k bo'ladi. Suvdagi yog'ning yupqa qatlamlari xuddi shunday ta'sir ko'rsatadi. Tabiatda ba'zi qushlarning, jumladan, tovus va kolibrining patlari, ba'zi qo'ng'izlarning qobig'i yorqin ko'rinadi, lekin ko'rish burchagi o'zgarishi bilan rangi o'zgaradi. Bu erda optika fizikasi nozik qatlamli tuzilmalardan yoki aks ettiruvchi novdalar massivlaridan aks ettirilgan yorug'lik to'lqinlarining aralashuvidir. Xuddi shunday, marvaridlar va qobiqlar marvaridning bir necha qatlamlaridagi akslarning superpozitsiyasi tufayli irisga ega. Opal kabi qimmatbaho toshlar mikroskopik sferik zarrachalar hosil qilgan muntazam naqshlardan yorug'likning tarqalishi tufayli chiroyli interferentsiya naqshlarini namoyish etadi.
Ilova
Kundalik hayotda yorug'lik aralashuvi hodisalarining ko'plab texnologik qo'llanilishi mavjud. Kamera optikasi fizikasi ularga asoslanadi. Linzalarning odatiy aks ettiruvchi qoplamasi nozik bir plyonkadir. Uning qalinligi va sinishi aks ettirilgan ko'rinadigan yorug'likning halokatli aralashuvini yaratish uchun tanlanadi. O'z ichiga olgan ko'proq ixtisoslashgan qoplamalaryupqa plyonkalarning bir nechta qatlamlari nurlanishni faqat tor to'lqin uzunligi oralig'ida o'tkazish uchun mo'ljallangan va shuning uchun yorug'lik filtrlari sifatida ishlatiladi. Ko'p qatlamli qoplamalar, shuningdek, astronomik teleskop nometalllarini, shuningdek, lazer optik bo'shliqlarini aks ettirish qobiliyatini oshirish uchun ishlatiladi. Interferometriya - nisbiy masofalardagi kichik o'zgarishlarni aniqlash uchun qo'llaniladigan aniq o'lchash usullari - aks ettirilgan yorug'lik tomonidan yaratilgan qorong'u va yorug'lik chiziqlaridagi siljishlarni kuzatishga asoslangan. Masalan, interferentsiya sxemasi qanday o‘zgarishini o‘lchash optik komponentlar yuzalarining egriligini optik to‘lqin uzunligi fraktsiyalarida aniqlash imkonini beradi.
