Müdaxilə nümunələri bir-biri ilə fazada və ya fazadan kənar şüaların yaratdığı açıq və ya tünd zolaqlardır. Üstünə qoyulduqda, işıq və oxşar dalğalar fazaları üst-üstə düşərsə (həm artım, həm də azalma istiqamətində) toplanır və ya antifazada olduqda bir-birini kompensasiya edir. Bu hadisələr müvafiq olaraq konstruktiv və dağıdıcı müdaxilə adlanır. Hamısı eyni dalğa uzunluğuna malik olan monoxromatik şüalanma şüası iki dar yarıqdan keçirsə (təcrübə ilk dəfə 1801-ci ildə onun sayəsində dalğa təbiəti haqqında nəticəyə gələn ingilis alimi Tomas Yanq tərəfindən aparılmışdır. işıq), nəticədə yaranan iki şüa düz ekrana yönəldilə bilər ki, onların üzərində üst-üstə düşən iki ləkənin əvəzinə müdaxilə saçaqları əmələ gəlir - bərabər şəkildə dəyişən işıq və qaranlıq sahələrin nümunəsi. Bu fenomen, məsələn, bütün optik interferometrlərdə istifadə olunur.
Superpozisiya
Bütün dalğaların təyinedici xüsusiyyəti üst-üstə yığılmış dalğaların davranışını təsvir edən superpozisiyadır. Onun prinsipi kosmosda olmasıdırƏgər ikidən çox dalğa üst-üstə düşürsə, onda yaranan pozğunluq fərdi təlaşların cəbri cəminə bərabərdir. Bəzən bu qayda böyük təlaşlar üçün pozulur. Bu sadə davranış müdaxilə hadisələri adlanan bir sıra təsirlərə səbəb olur.
Müdaxilə fenomeni iki ekstremal hal ilə xarakterizə olunur. İki dalğanın konstruktiv maksimumları üst-üstə düşür və onlar bir-biri ilə fazada olurlar. Onların superpozisiyasının nəticəsi narahatedici təsirin artmasıdır. Yaranan qarışıq dalğanın amplitudası fərdi amplitüdlərin cəminə bərabərdir. Və əksinə, dağıdıcı müdaxilədə bir dalğanın maksimumu ikincinin minimumu ilə üst-üstə düşür - onlar antifazadadırlar. Birləşdirilmiş dalğanın amplitudası onun komponent hissələrinin amplitüdləri arasındakı fərqə bərabərdir. Onların bərabər olduğu halda, dağıdıcı müdaxilə tamdır və mühitin ümumi pozulması sıfırdır.
Jung'un təcrübəsi
İki mənbədən gələn müdaxilə nümunəsi üst-üstə düşən dalğaların mövcudluğunu açıq şəkildə göstərir. Tomas Jung işığın superpozisiya prinsipinə tabe olan dalğa olduğunu irəli sürdü. Onun məşhur eksperimental nailiyyəti 1801-ci ildə işığın konstruktiv və dağıdıcı müdaxiləsini nümayiş etdirməsi idi. Gəncin eksperimentinin müasir versiyası mahiyyətcə yalnız koherent işıq mənbələrindən istifadə etməsi ilə fərqlənir. Lazer qeyri-şəffaf bir səthdə iki paralel yarığı bərabər şəkildə işıqlandırır. Onlardan keçən işıq uzaq ekranda müşahidə olunur. Yuvalar arasındakı eni daha çox olduqdadalğa uzunluğu, həndəsi optika qaydalarına əməl olunur - ekranda iki işıqlı sahə görünür. Lakin yarıqlar bir-birinə yaxınlaşdıqca işıq diffraksiya edir və ekrandakı dalğalar bir-birinin ardınca düşür. Difraksiyanın özü işığın dalğa təbiətinin nəticəsidir və bu təsirin başqa bir nümunəsidir.
Müdaxilə nümunəsi
Superpozisiya prinsipi işıqlandırılan ekranda nəticədə intensivliyin paylanmasını müəyyən edir. Yarıqdan ekrana gedən yol fərqi dalğa uzunluqlarının tam sayına (0, λ, 2λ, …) bərabər olduqda müdaxilə nümunəsi baş verir. Bu fərq yüksəklərin eyni vaxtda gəlməsini təmin edir. Dağıdıcı müdaxilə o zaman baş verir ki, yol fərqi dalğa uzunluqlarının tam ədədi yarıya qədər dəyişdikdə (λ/2, 3λ/2, …). Jung həndəsi arqumentlərdən istifadə edərək superpozisiya nəticəsində ümumi dağıdıcı müdaxilənin tünd ləkələri ilə ayrılmış konstruktiv müdaxilə sahələrinə uyğun gələn bir sıra bərabər aralı saçaqlar və ya yüksək intensivlikli yamaqlarla nəticələnir.
Deşiklər arasındakı məsafə
İkili yarıq həndəsəsinin mühüm parametri işıq dalğa uzunluğunun λ dəliklər arasındakı məsafəyə nisbətidir d. Əgər λ/d 1-dən çox azdırsa, onda saçaqlar arasındakı məsafə kiçik olacaq və üst-üstə düşmə effektləri müşahidə olunmayacaq. Bir-birinə yaxın olan yarıqlardan istifadə edərək, Jung qaranlıq və işıqlı sahələri ayıra bildi. Beləliklə, o, görünən işığın rənglərinin dalğa uzunluqlarını təyin etdi. Onların son dərəcə kiçik böyüklüyü bu təsirlərin niyə yalnız müşahidə edildiyini izah edirmüəyyən şərtlər altında. Konstruktiv və dağıdıcı müdaxilə sahələrini ayırmaq üçün işıq dalğalarının mənbələri arasındakı məsafələr çox kiçik olmalıdır.
Dalğaboyu
Müdaxilə effektlərini müşahidə etmək başqa iki səbəbə görə çətindir. Əksər işıq mənbələri davamlı dalğa uzunluqları spektrini yayır, nəticədə hər birinin saçaqlar arasında öz aralığı olan bir-birinin üzərinə qoyulmuş çoxsaylı müdaxilə nümunələri yaranır. Bu, tam qaranlıq sahələr kimi ən aydın effektləri ləğv edir.
Uyğunluq
Müdaxilənin uzun müddət ərzində müşahidə edilməsi üçün koherent işıq mənbələrindən istifadə edilməlidir. Bu o deməkdir ki, radiasiya mənbələri sabit faza əlaqəsini saxlamalıdır. Məsələn, eyni tezlikli iki harmonik dalğa həmişə fəzanın hər bir nöqtəsində sabit faza əlaqəsinə malikdir - ya fazada, ya antifazada, ya da hansısa aralıq vəziyyətdə. Bununla belə, əksər işıq mənbələri həqiqi harmonik dalğalar yaymır. Bunun əvəzinə, onlar təsadüfi faza dəyişikliklərinin saniyədə milyonlarla dəfə baş verdiyi işıq yayırlar. Belə şüalanma qeyri-koherent adlanır.
İdeal mənbə lazerdir
Müdaxilə hələ də iki uyğunsuz mənbənin dalğaları kosmosda üst-üstə qoyulduqda müşahidə edilir, lakin müdaxilə nümunələri təsadüfi faza sürüşməsi ilə birlikdə təsadüfi dəyişir. İşıq sensorları, o cümlədən gözlər tez qeydiyyatdan keçə bilmirdəyişən şəkil, lakin yalnız vaxt orta intensivliyi. Lazer şüası demək olar ki, monoxromatikdir (yəni bir dalğa uzunluğundan ibarətdir) və yüksək koherentdir. O, müdaxilə effektlərini müşahidə etmək üçün ideal işıq mənbəyidir.
Tezlik aşkarlanması
1802-ci ildən sonra, Yunqun ölçdüyü görünən işığın dalğa uzunluqları onun tezliyini təxmin etmək üçün o vaxt mövcud olan işığın kifayət qədər dəqiq sürəti ilə əlaqəli ola bilərdi. Məsələn, yaşıl işıq üçün təxminən 6×1014 Hz. Bu, mexaniki titrəyişlərin tezliyindən çoxlu böyüklük sifarişidir. Müqayisə üçün, insan 2×104 Hz-ə qədər tezlikdə səs eşidə bilər. Nəyin belə sürətlə dəyişdiyi növbəti 60 il ərzində sirr olaraq qaldı.
Nazik filmlərə müdaxilə
Müşahidə olunan təsirlər Thomas Young tərəfindən istifadə edilən ikiqat yarıq həndəsəsi ilə məhdudlaşmır. Şüalar dalğa uzunluğu ilə müqayisə edilə bilən məsafə ilə ayrılmış iki səthdən əks olunduqda və sındıqda, nazik təbəqələrdə müdaxilə baş verir. Səthlər arasında filmin rolunu vakuum, hava, hər hansı bir şəffaf maye və ya bərk cisim oynaya bilər. Görünən işıqda müdaxilə effektləri bir neçə mikrometrə qədər olan ölçülərlə məhdudlaşır. Filmin məşhur nümunəsi sabun köpüyüdür. Ondan əks olunan işıq iki dalğanın superpozisiyasıdır - biri ön səthdən, ikincisi isə arxa tərəfdən əks olunur. Onlar kosmosda üst-üstə düşür və bir-biri ilə üst-üstə düşür. Sabunun qalınlığından asılı olaraqfilmlər, iki dalğa konstruktiv və ya dağıdıcı şəkildə qarşılıqlı təsir göstərə bilər. Müdaxilə nümunəsinin tam hesablanması göstərir ki, bir dalğa uzunluğu λ olan işıq üçün λ/4, 3λ/4, 5λ/4 və s. plyonka qalınlığı üçün konstruktiv müdaxilə, λ/2 üçün isə dağıdıcı müdaxilə müşahidə olunur, λ, 3λ/ 2, …
Hesablama üçün düsturlar
Müdaxilə fenomeninin bir çox istifadəsi var, ona görə də əsas tənlikləri başa düşmək vacibdir. Aşağıdakı düsturlar sizə ən çox rast gəlinən iki müdaxilə halı üçün müdaxilə ilə əlaqəli müxtəlif kəmiyyətləri hesablamağa imkan verir.
Yanqın təcrübəsində parlaq saçaqların yeri, yəni konstruktiv müdaxilə olan ərazilər aşağıdakı ifadədən istifadə etməklə hesablana bilər: ybright.=(λL/d)m, burada λ dalğa uzunluğudur; m=1, 2, 3, …; d - yuvalar arasındakı məsafə; L hədəfə qədər olan məsafədir.
Tünlük zolaqların yeri, yəni dağıdıcı qarşılıqlı təsir sahələri düsturla müəyyən edilir: yqaranlıq.=(λL/d)(m+1/2).
Başqa bir interferensiya növü üçün - nazik plyonkalarda - konstruktiv və ya dağıdıcı superpozisiyanın olması əks olunan dalğaların faza yerdəyişməsini müəyyən edir ki, bu da filmin qalınlığından və onun sınma əmsalından asılıdır. Birinci tənlik belə bir yerdəyişmənin olmaması halını, ikincisi isə yarım dalğa uzunluğunun dəyişməsini təsvir edir:
2nt=mλ;
2nt=(m+1/2) λ.
Burada λ dalğa uzunluğudur; m=1, 2, 3, …; t filmdə keçilən yoldur; n sınma əmsalıdır.
Təbiətdə müşahidə
Günəş sabun köpüyü üzərində parıldadıqda, müxtəlif dalğa uzunluqlarının dağıdıcı müdaxiləyə məruz qaldığı və əks olunmadan uzaqlaşdığı üçün parlaq rəngli lentlər görünə bilər. Qalan əks olunan işıq uzaq rənglərə tamamlayıcı olaraq görünür. Məsələn, dağıdıcı müdaxilə nəticəsində qırmızı komponent yoxdursa, əksi mavi olacaq. Suyun üzərindəki nazik yağ təbəqələri də oxşar effekt verir. Təbiətdə bəzi quşların, o cümlədən tovuz və kolibrinin tükləri, bəzi böcəklərin qabıqları parlaq görünür, lakin baxış bucağı dəyişdikcə rəngini dəyişir. Burada optikanın fizikası nazik təbəqəli strukturlardan və ya əks etdirən çubuqlar massivlərindən əks olunan işıq dalğalarının müdaxiləsidir. Eynilə, mirvarilərin və qabıqların bir neçə qatından əks olunan sədəflərin üst-üstə düşməsi sayəsində iris var. Opal kimi qiymətli daşlar, mikroskopik sferik hissəciklərin yaratdığı müntəzəm naxışlardan işığın səpilməsi səbəbindən gözəl müdaxilə nümunələri nümayiş etdirir.
Tətbiq
Gündəlik həyatda işıq müdaxiləsi hadisələrinin bir çox texnoloji tətbiqləri var. Kamera optikasının fizikası onlara əsaslanır. Linzaların adi əks əks etdirən örtüyü nazik bir filmdir. Onun qalınlığı və sınması əks olunan görünən işığın dağıdıcı müdaxiləsini yaratmaq üçün seçilir. Daha çox ixtisaslaşdırılmış örtüklərdən ibarətdirnazik filmlərin bir neçə təbəqəsi radiasiyanı yalnız dar dalğa uzunluğu diapazonunda ötürmək üçün nəzərdə tutulmuşdur və buna görə də işıq filtrləri kimi istifadə olunur. Astronomik teleskop güzgülərinin, eləcə də lazer optik boşluqlarının əks olunma qabiliyyətini artırmaq üçün çoxqatlı örtüklərdən də istifadə olunur. İnterferometriya - nisbi məsafələrdə kiçik dəyişiklikləri aşkar etmək üçün istifadə olunan dəqiq ölçmə üsulları - əks olunan işığın yaratdığı qaranlıq və işıq zolaqlarında sürüşmələrin müşahidəsinə əsaslanır. Məsələn, müdaxilə nümunəsinin necə dəyişəcəyini ölçmək optik komponentlərin səthlərinin əyriliyini optik dalğa uzunluğunun fraksiyalarında müəyyən etməyə imkan verir.
