figure di interferenza. Condizioni di massimo e di minimo

modelli di interferenza – è strisce chiare o scure che sono causati dai raggi dei quali sono in fase o fuori fase tra loro. onde luminose e simili sono aggiunti al momento applicato, se le loro fasi coincidono (nella direzione di aumento o diminuzione), o si annullano a vicenda se sono in controfase. Questi fenomeni sono chiamati interferenza costruttiva e distruttiva, rispettivamente. Se il raggio di luce monocromatica, tutte le onde che hanno la stessa lunghezza, passa attraverso due strette fessure (l'esperimento è stato condotto nel 1801 da Thomas Young, scienziato inglese, che, grazie a lui sono giunti alla conclusione che la natura ondulatoria della luce), due del fascio risultante può essere diretto su uno schermo piatto che invece dei due punti sovrapposti si formano frange di interferenza – uniformemente alternata modello di zone chiare e scure. Questo fenomeno è utilizzato, per esempio, in tutti interferometri ottici.

sovrapposizione

La caratteristica distintiva di una sovrapposizione di onde che descrive il comportamento delle onde sovrapposte. Il suo principio consiste nel fatto che quando nel giro di due onde sovrapposte, il disturbo risultante è pari alla somma algebrica dei singoli disturbi. A volte a grandi perturbazioni questa regola viene violata. Questa semplice comportamento porta ad una serie di effetti che sono chiamati fenomeni di interferenza.

Il fenomeno dell'interferenza è caratterizzata da due estremi. Le due onde costruttivamente maxima coincidono, e sono in fase tra loro. Il risultato della sovrapposizione è il rafforzamento del disturbo. L'ampiezza dell'onda mista risultante è uguale alla somma delle singole ampiezze. Viceversa, interferenza distruttiva in un massimo di un'onda coincide con il minimo secondo – sono in opposizione. L'ampiezza dell'onda combinato è pari alla differenza tra le ampiezze dei suoi componenti. Nel caso in cui essi sono uguali, è completa interferenza distruttiva, e perturbazione del mezzo totale è zero.

esperimento di Young

La configurazione di interferenza delle due sorgenti indica chiaramente la presenza di onde sovrapposte. Thomas Young ha suggerito che la luce – un'onda che obbedisce al principio di sovrapposizione. Il suo famoso successo è stato la dimostrazione sperimentale della costruttiva e distruttiva interferenza della luce nel 1801 La versione moderna del esperimento di Young in natura differisce solo nel senso che utilizza sorgenti di luce coerente. Laser illumina uniformemente due fenditure parallele nella superficie opaca. La luce che passa attraverso di loro, v'è uno schermo remoto. Quando la larghezza tra le fenditure è significativamente maggiore della lunghezza d'onda, le regole dell'ottica geometrica osservati – visto sullo schermo due regioni illuminate. Tuttavia, l'approccio di fessure diffratta luce e le onde sullo schermo sono sovrapposti l'uno sull'altro. Diffrazione è esso stesso una conseguenza della natura ondulatoria della luce, e ancora un altro esempio di questo effetto.

Il modello di interferenza

Il principio di sovrapposizione determina la distribuzione dell'intensità risultante sullo schermo illuminato. Il modello di interferenza si verifica quando la differenza di cammino dalla fessura allo schermo è uguale al numero intero di lunghezze d'onda (0, λ, 2λ, …). Questa differenza fa sì che highs arrivano allo stesso tempo. interferenza distruttiva si verifica quando la differenza di percorso uguale ad un numero intero di lunghezze d'onda sfalsati di mezzo (λ / 2, 3λ / 2, …). Jung usato argomenti geometriche per mostrare che la sovrapposizione porta ad una serie di bande equispaziate o zone ad alta intensità corrispondenti alle regioni di interferenza costruttiva, separate da aree scure completi distruttiva.

spaziatura foro

Un importante parametro geometria con due fessure è il rapporto tra la lunghezza d'onda λ della luce e la distanza tra i fori d. Se λ / d è molto minore di 1, la distanza tra le bande sarà piccolo e effetti di sovrapposizione non si osservano. Utilizzando fessure ravvicinate, Jung era in grado di dividere le zone chiare e scure. Così, decise le lunghezze d'onda dei colori della luce visibile. Il loro valore estremamente piccolo, spiega il motivo per cui questi effetti sono stati osservati solo a determinate condizioni. Per dividere le zone di interferenza costruttiva e distruttiva, la distanza tra la sorgente di onde luminose deve essere molto piccola.

lunghezza d'onda

L'osservazione di effetti di interferenza è impegnativo per altri due motivi. La maggior parte sorgenti luminose emette uno spettro di lunghezze d'onda continua, causando la formazione di diversi schemi di interferenza sovrapposti, ciascuno con un intervallo tra le strisce. Questo elimina gli effetti più pronunciati, come le aree di completa oscurità.

coerenza

Che l'interferenza potrebbe essere osservata per un lungo periodo di tempo, è necessario utilizzare sorgenti di luce coerente. Ciò significa che le sorgenti di radiazioni devono mantenere una relazione di fase costante. Ad esempio, due onde armoniche della stessa frequenza hanno sempre una relazione di fase fissa per ciascun punto nello spazio – sia in fase o in opposizione di fase, o in qualche stato intermedio. Tuttavia, la maggior parte delle sorgenti luminose emette il vero onda armonica. Invece, essi emettono luce, in cui il cambiamento di fase casuale verifica milioni di volte al secondo. Tale radiazione è chiamato incoerente.

fonte ideale – laser

Interferenza è ancora osservata quando sovrapposti onde nello spazio di due sorgenti incoerenti, ma modelli di interferenza variano casualmente, insieme ad uno spostamento di fase casuale. sensori di luce, compresi gli occhi, non possono registrare un'immagine rapida evoluzione, e solo l'intensità media del tempo. Il raggio laser è quasi monocromatica (m. E. È costituito da una singola lunghezza d'onda) e una highly-. Si tratta di una fonte di luce ideale per osservare gli effetti di interferenza.

Determinazione di frequenza

Dopo Jung 1802 di misura lunghezze d'onda della luce visibile può essere correlata con velocità sufficientemente accurata della luce disponibili al momento di calcolare la frequenza approssimativa. Per esempio, luce verde è pari a circa 6 × October ¹⁴ Hz. Si tratta di molti ordini di grandezza maggiore della frequenza delle vibrazioni meccaniche. Per confronto, una persona può sentire il suono con frequenze fino a 2 × ¹⁰ aprile Hz. Ciò che varia esattamente ad un tasso ancora è rimasto un mistero per i prossimi 60 anni.

Interferenza in film sottili

Gli effetti osservati non si limitano alla geometria doppia fenditura usata da Thomas Young. Quando v'è una riflessione e rifrazione dei raggi delle due superfici separate da una distanza paragonabile alla lunghezza d'onda, l'interferenza si verifica in film sottili. Il ruolo del film tra le superfici può giocare un vuoto, aria, liquidi o qualsiasi corpo solido trasparente. Alla luce visibile effetti di interferenza sono limitati dalle dimensioni di pochi micrometri. Un esempio noto di tutto il film è una bolla. La luce riflessa da essa, è una sovrapposizione di due onde – uno è riflessa dalla superficie anteriore, e la seconda – sul retro. Si sovrappongono nello spazio e aggiunti gli uni agli altri. A seconda dello spessore della pellicola di sapone, due onde possono interagire costruttivamente o distruttivo. Un calcolo completo dello schema di interferenza indica che la luce con una lunghezza d'onda λ è osservata interferenza costruttiva per uno spessore di pellicola di λ / 4, 3λ / 4, 5λ / 4, ecc, e distruttiva – .. Per À / 2, λ, 3λ / 2, …

Formule per il calcolo

fenomeno di interferenza era molti usi, quindi è importante capire l'equazione di base ad essi relativi. Le seguenti equazioni permettono il calcolo dei vari valori associati con l'interferenza, per le sue due casi più comuni.

Strisce di luce nella posizione esperimento di Young, .. siti cioè con interferenza costruttiva può essere calcolato utilizzando l'espressione: y _{è la luce.} = (ΛL / d) m, dove λ – lunghezza d'onda; m = 1, 2, 3, …; d – la distanza tra le fessure; L – distanza dal bersaglio.

.. Posizione bande scure, ossia le zone di interazione distruttiva è data da: y _{è scura.} = (ΛL / d) (m + 1/2).

Per altre interferenze specie – in film sottili – la presenza di sovrapposizione costruttiva o distruttiva determina lo sfasamento delle onde riflesse, che dipende dallo spessore del film e l'indice di rifrazione di esso. La prima equazione descrive il caso di assenza di un tale spostamento, e la seconda – uno spostamento pari alla metà della lunghezza d'onda:

2NT = mλ;

2NT = (m + 1/2) λ.

Qui, λ – lunghezza d'onda; m = 1, 2, 3, …; t – percorso attraversato nel film; n – indice di rifrazione.

Osservazione in natura

Quando il sole splende sulla bolla, è possibile vedere i brillanti strisce colorate, dal momento che diverse lunghezze d'onda sono sottoposti a interferenza distruttiva e rimossi dalla riflessione. La luce riflessa rimanente appare come una rimozione colore complementare. Ad esempio, se a causa di interferenza distruttiva è assente componente rossa, la riflessione sarà blu. La pellicola sottile di olio in acqua produce un effetto simile. In natura, le piume di alcuni uccelli, tra cui pavoni e colibrì, e le conchiglie di alcuni coleotteri appaiono più luminosi, mentre cambia colore quando si cambia l'angolo di visualizzazione. fisica ottica ecco l'interferenza di onde di luce riflessa dalle strutture stratificate sottili o array riflettenti aste. Analogamente perle e shell sono iris, grazie alla sovrapposizione di riflessioni da più strati di perle. pietre preziose come opale, presentano bei modelli di interferenza causati dalla dispersione della luce dalle strutture regolari formate da particelle sferiche microscopiche.

applicazione

Ci sono molte applicazioni tecnologiche dei fenomeni di interferenza di luce nella vita di tutti i giorni. Essi si basano l'ottica della fotocamera fisica. rivestimento antiriflesso lenti normale è una pellicola sottile. Il suo spessore e rifrazione dei raggi vengono scelte in modo da produrre interferenza distruttiva della luce visibile riflessa. rivestimenti più specializzate costituiti da più strati di film sottili destinati passare solo la radiazione di lunghezza d'onda in un intervallo ristretto e quindi sono usati come filtri. rivestimenti multistrato sono utilizzati anche per aumentare la riflettività degli specchi di telescopi astronomici, così come risonatori ottici laser. Interferometria – metodi di misura accurati utilizzati per la registrazione di piccole variazioni di distanza relativa – si basa sull'osservazione degli spostamenti di bande chiare e scure prodotte dalla luce riflessa. Ad esempio, una misura di quanto la configurazione di interferenza cambia, permette di impostare la curvatura delle superfici dei componenti ottici in un'ottica lobi lunghezza d'onda.