Ang mga pattern ng interference ay mga light o dark band na dulot ng mga beam na nasa phase o wala sa phase sa isa't isa. Kapag pinatong, ang liwanag at katulad na mga alon ay nagdaragdag kung ang kanilang mga yugto ay nag-tutugma (kapwa sa direksyon ng pagtaas at pagbaba), o binabayaran nila ang isa't isa kung sila ay nasa antiphase. Ang mga phenomena na ito ay tinatawag na constructive at destructive interference, ayon sa pagkakabanggit. Kung ang isang sinag ng monochromatic radiation, na lahat ay may parehong wavelength, ay dumaan sa dalawang makitid na hiwa (ang eksperimento ay unang isinagawa noong 1801 ni Thomas Young, isang Ingles na siyentipiko na, salamat sa kanya, ay dumating sa konklusyon tungkol sa kalikasan ng alon. ng liwanag), ang dalawang resultang beam ay maaaring idirekta sa isang patag na screen, kung saan, sa halip na dalawang magkasanib na mga spot, ang mga interference fringes ay nabuo - isang pattern ng pantay na alternating liwanag at madilim na mga lugar. Ang phenomenon na ito ay ginagamit, halimbawa, sa lahat ng optical interferometer.
Superposisyon
Ang pagtukoy sa katangian ng lahat ng wave ay superposition, na naglalarawan sa gawi ng mga superimposed wave. Ang prinsipyo nito ay kapag nasa kalawakanKung higit sa dalawang wave ang nakapatong, ang resultang perturbation ay katumbas ng algebraic sum ng mga indibidwal na perturbations. Minsan nilalabag ang panuntunang ito para sa malalaking kaguluhan. Ang simpleng gawi na ito ay humahantong sa isang serye ng mga epekto na tinatawag na interference phenomena.
Ang phenomenon ng interference ay nailalarawan sa pamamagitan ng dalawang matinding kaso. Sa constructive maxima ng dalawang alon ay nag-tutugma, at sila ay nasa yugto sa isa't isa. Ang resulta ng kanilang superposisyon ay isang pagtaas sa nakakabagabag na epekto. Ang amplitude ng nagresultang mixed wave ay katumbas ng kabuuan ng mga indibidwal na amplitude. At, sa kabaligtaran, sa mapanirang panghihimasok, ang maximum ng isang alon ay tumutugma sa pinakamababa sa pangalawa - sila ay nasa antiphase. Ang amplitude ng pinagsamang alon ay katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng mga amplitude ng mga bahaging bahagi nito. Kung magkapantay ang mga ito, kumpleto ang mapanirang interference, at zero ang kabuuang perturbation ng medium.
eksperimento ni Jung
Ang pattern ng interference mula sa dalawang pinagmumulan ay malinaw na nagsasaad ng pagkakaroon ng mga nagsasapawan na alon. Iminungkahi ni Thomas Jung na ang liwanag ay isang alon na sumusunod sa prinsipyo ng superposisyon. Ang kanyang tanyag na pang-eksperimentong tagumpay ay ang pagpapakita ng nakabubuo at mapanirang panghihimasok ng liwanag noong 1801. Ang modernong bersyon ng eksperimento ni Young ay naiiba lamang sa paggamit nito ng magkakaugnay na pinagmumulan ng liwanag. Ang laser ay pantay na nag-iilaw ng dalawang parallel slits sa isang opaque na ibabaw. Ang liwanag na dumadaan sa kanila ay napapansin sa isang remote na screen. Kapag ang lapad sa pagitan ng mga puwang ay mas malaki kaysa sawavelength, ang mga patakaran ng geometric na optika ay sinusunod - dalawang lugar na iluminado ang makikita sa screen. Gayunpaman, habang ang mga hiwa ay lumalapit sa isa't isa, ang ilaw ay nag-iiba, at ang mga alon sa screen ay nagsasapawan sa isa't isa. Ang diffraction mismo ay bunga ng likas na alon ng liwanag at isa pang halimbawa ng epektong ito.
Patern ng interference
Tinutukoy ng prinsipyo ng superposition ang nagreresultang pamamahagi ng intensity sa iluminated na screen. Ang isang pattern ng interference ay nangyayari kapag ang pagkakaiba ng landas mula sa slit papunta sa screen ay katumbas ng isang integer na bilang ng mga wavelength (0, λ, 2λ, …). Tinitiyak ng pagkakaibang ito na ang mga matataas ay darating sa parehong oras. Ang mapanirang interference ay nangyayari kapag ang path difference ay isang integer na bilang ng mga wavelength na inilipat ng kalahati (λ/2, 3λ/2, …). Gumamit si Jung ng mga geometric na argumento upang ipakita na ang superposisyon ay nagreresulta sa isang serye ng mga pantay na pagitan ng mga fringes o mga patch na may mataas na intensity na tumutugma sa mga lugar ng nakabubuo na interference na pinaghihiwalay ng madilim na mga patch ng kabuuang mapanirang interference.
Distansya sa pagitan ng mga butas
Ang isang mahalagang parameter ng double-slit geometry ay ang ratio ng light wavelength λ sa distansya sa pagitan ng mga butas d. Kung ang λ/d ay mas mababa sa 1, kung gayon ang distansya sa pagitan ng mga fringes ay magiging maliit at walang mga overlap na epekto ang makikita. Sa pamamagitan ng paggamit ng malapit na pagitan ng mga hiwa, nagawa ni Jung na paghiwalayin ang madilim at maliwanag na mga lugar. Kaya, tinukoy niya ang mga wavelength ng mga kulay ng nakikitang liwanag. Ang kanilang napakaliit na magnitude ay nagpapaliwanag kung bakit ang mga epektong ito ay sinusunod lamangsa ilalim ng ilang mga kundisyon. Upang paghiwalayin ang mga bahagi ng nakabubuo at mapanirang interference, ang mga distansya sa pagitan ng mga pinagmumulan ng mga light wave ay dapat na napakaliit.
Haba ng daluyong
Ang pagmamasid sa mga epekto ng interference ay mahirap para sa dalawa pang dahilan. Karamihan sa mga light source ay naglalabas ng tuluy-tuloy na spectrum ng mga wavelength, na nagreresulta sa maraming interference pattern na nakapatong sa isa't isa, bawat isa ay may sariling puwang sa pagitan ng mga fringes. Kinansela nito ang pinakamalinaw na epekto, gaya ng mga lugar na may kabuuang dilim.
Coherence
Para maobserbahan ang interference sa mahabang panahon, dapat gumamit ng magkakaugnay na pinagmumulan ng liwanag. Nangangahulugan ito na ang mga pinagmumulan ng radiation ay dapat na mapanatili ang isang pare-parehong yugto ng relasyon. Halimbawa, ang dalawang harmonic wave ng parehong frequency ay palaging may fixed phase na relasyon sa bawat punto sa espasyo - alinman sa phase, o sa antiphase, o sa ilang intermediate na estado. Gayunpaman, ang karamihan sa mga pinagmumulan ng liwanag ay hindi naglalabas ng mga tunay na harmonic wave. Sa halip, naglalabas sila ng liwanag kung saan nangyayari ang mga random na pagbabago sa yugto ng milyun-milyong beses bawat segundo. Ang nasabing radiation ay tinatawag na incoherent.
Ang perpektong mapagkukunan ay isang laser
Ang interference ay sinusunod pa rin kapag ang mga alon ng dalawang hindi magkakaugnay na pinagmulan ay nakapatong sa kalawakan, ngunit ang mga pattern ng interference ay random na nagbabago, kasama ng isang random na phase shift. Ang mga light sensor, kabilang ang mga mata, ay hindi makakapagrehistro nang mabilispagbabago ng imahe, ngunit lamang ang time-average na intensity. Ang laser beam ay halos monochromatic (i.e., binubuo ng isang wavelength) at lubos na magkakaugnay. Ito ay isang perpektong pinagmumulan ng liwanag para sa pag-obserba ng mga epekto ng interference.
Pagdetect ng dalas
Pagkatapos ng 1802, ang sinusukat na wavelength ni Jung ng nakikitang liwanag ay maaaring maiugnay sa hindi sapat na tumpak na bilis ng liwanag na magagamit sa oras upang tantiyahin ang dalas nito. Halimbawa, para sa berdeng ilaw ito ay humigit-kumulang 6×1014 Hz. Ito ay maraming mga order ng magnitude na mas mataas kaysa sa dalas ng mechanical vibrations. Sa paghahambing, nakakarinig ang isang tao ng tunog na may mga frequency na hanggang 2×104 Hz. Nananatiling misteryo sa susunod na 60 taon kung ano ang eksaktong nagbago sa ganoong rate.
Pakikialam sa mga manipis na pelikula
Ang mga naobserbahang epekto ay hindi limitado sa double slit geometry na ginamit ni Thomas Young. Kapag ang mga sinag ay sinasalamin at na-refracted mula sa dalawang ibabaw na pinaghihiwalay ng isang distansya na maihahambing sa haba ng daluyong, nangyayari ang interference sa mga manipis na pelikula. Ang papel ng pelikula sa pagitan ng mga ibabaw ay maaaring i-play sa pamamagitan ng vacuum, hangin, anumang transparent na likido o solids. Sa nakikitang liwanag, ang mga epekto ng interference ay limitado sa mga sukat ng pagkakasunud-sunod ng ilang micrometer. Ang isang kilalang halimbawa ng isang pelikula ay isang bula ng sabon. Ang liwanag na sinasalamin mula dito ay isang superposisyon ng dalawang alon - ang isa ay makikita mula sa harap na ibabaw, at ang pangalawa - mula sa likod. Nagsasapawan sila sa espasyo at nagkakapatong sa isa't isa. Depende sa kapal ng sabonmga pelikula, ang dalawang alon ay maaaring makipag-ugnayan nang nakabubuo o nakakasira. Ang isang kumpletong pagkalkula ng pattern ng interference ay nagpapakita na para sa liwanag na may isang wavelength λ, ang constructive interference ay sinusunod para sa isang film na kapal ng λ/4, 3λ/4, 5λ/4, atbp., at ang mapanirang interference ay sinusunod para sa λ/2, λ, 3λ/ 2, …
Mga formula para sa pagkalkula
Ang phenomenon ng interference ay maraming gamit, kaya mahalagang maunawaan ang mga pangunahing equation na kasangkot. Ang mga sumusunod na formula ay nagbibigay-daan sa iyong kalkulahin ang iba't ibang dami na nauugnay sa interference para sa dalawang pinakakaraniwang kaso ng interference.
Ang lokasyon ng mga maliliwanag na fringes sa eksperimento ni Young, i.e. mga lugar na may constructive interference, ay maaaring kalkulahin gamit ang expression na: ybright.=(λL/d)m, kung saan λ ay ang wavelength; m=1, 2, 3, …; d ay ang distansya sa pagitan ng mga puwang; L ang distansya sa target.
Ang lokasyon ng dark bands, i.e. mga lugar ng mapanirang pakikipag-ugnayan, ay tinutukoy ng formula: ydark.=(λL/d)(m+1/2).
Para sa isa pang uri ng interference - sa mga manipis na pelikula - ang pagkakaroon ng nakabubuo o mapanirang superposisyon ay tumutukoy sa phase shift ng mga sinasalamin na alon, na depende sa kapal ng pelikula at sa refractive index nito. Inilalarawan ng unang equation ang kaso ng kawalan ng naturang shift, at ang pangalawa ay naglalarawan ng kalahating wavelength shift:
2nt=mλ;
2nt=(m+1/2) λ.
Narito λ ang wavelength; m=1, 2, 3, …; t ang landas na nilakbay sa pelikula; n ay ang refractive index.
Pagmamasid sa kalikasan
Kapag ang araw ay sumisikat sa isang bubble ng sabon, makikita ang matingkad na kulay na mga banda habang ang iba't ibang wavelength ay napapailalim sa mapanirang interference at inaalis sa repleksyon. Ang natitirang nasasalamin na liwanag ay lumilitaw bilang pantulong sa malalayong kulay. Halimbawa, kung walang pulang bahagi bilang resulta ng mapanirang interference, magiging asul ang reflection. Ang mga manipis na pelikula ng langis sa tubig ay gumagawa ng katulad na epekto. Sa likas na katangian, ang mga balahibo ng ilang mga ibon, kabilang ang mga paboreal at hummingbird, at ang mga shell ng ilang mga beetle ay lumilitaw na iridescent, ngunit nagbabago ang kulay habang nagbabago ang anggulo ng pagtingin. Ang physics ng optika dito ay ang interference ng reflected light waves mula sa manipis na layered structures o arrays ng reflective rods. Katulad nito, ang mga perlas at shell ay may iris, salamat sa superposisyon ng mga reflection mula sa ilang mga layer ng mother-of-pearl. Ang mga gemstones gaya ng opal ay nagpapakita ng magagandang pattern ng interference dahil sa pagkakalat ng liwanag mula sa mga regular na pattern na nabuo ng mga microscopic spherical particle.
Application
Maraming teknolohikal na aplikasyon ng light interference phenomena sa pang-araw-araw na buhay. Ang physics ng camera optics ay nakabatay sa kanila. Ang karaniwang anti-reflective coating ng mga lente ay isang manipis na pelikula. Ang kapal at repraksyon nito ay pinili upang makagawa ng mapanirang interference ng nasasalamin na nakikitang liwanag. Mas pinasadyang mga coatings na binubuo ngilang mga layer ng manipis na pelikula ay idinisenyo upang magpadala ng radiation lamang sa isang makitid na hanay ng haba ng daluyong at, samakatuwid, ay ginagamit bilang mga light filter. Ginagamit din ang mga multilayer coating upang mapataas ang reflectivity ng astronomical telescope mirrors, pati na rin ang laser optical cavity. Interferometry - mga tumpak na paraan ng pagsukat na ginagamit upang makita ang maliliit na pagbabago sa mga relatibong distansya - ay batay sa obserbasyon ng mga pagbabago sa madilim at maliwanag na mga banda na nilikha ng sinasalamin na liwanag. Halimbawa, ang pagsukat kung paano magbabago ang pattern ng interference ay nagbibigay-daan sa iyong matukoy ang curvature ng mga surface ng optical component sa mga fraction ng optical wavelength.
