Միջամտության օրինաչափությունները բաց կամ մուգ շերտեր են, որոնք առաջանում են միմյանց հետ փուլային կամ ոչ փուլային ճառագայթներից: Լույսի և նմանատիպ ալիքները, երբ վերադրվում են, ավելանում են, եթե դրանց փուլերը համընկնում են (և՛ աճի, և՛ նվազման ուղղությամբ), կամ փոխհատուցում են միմյանց, եթե գտնվում են հակաֆազում: Այս երեւույթները կոչվում են համապատասխանաբար կառուցողական եւ կործանարար միջամտություն։ Եթե մոնոխրոմատիկ ճառագայթման ճառագայթը, որոնք բոլորն ունեն նույն ալիքի երկարությունը, անցնում են երկու նեղ ճեղքերով (փորձարկումն առաջին անգամ իրականացվել է 1801 թվականին անգլիացի գիտնական Թոմաս Յանգի կողմից, ով նրա շնորհիվ եզրակացության է եկել ալիքի բնույթի մասին. լույսի), արդյունքում ստացված երկու ճառագայթները կարող են ուղղվել հարթ էկրանի վրա, որի վրա երկու համընկնող բծերի փոխարեն ձևավորվում են միջամտության եզրեր՝ հավասարապես փոփոխվող լույսի և մութ տարածքների օրինակ: Այս երևույթն օգտագործվում է, օրինակ, բոլոր օպտիկական ինտերֆերոմետրերում։
Գերդիրք
Բոլոր ալիքների որոշիչ հատկանիշը սուպերպոզիցիան է, որը նկարագրում է գերադրված ալիքների վարքը: Դրա սկզբունքն այն է, որ երբ տիեզերքումԵթե երկուսից ավելի ալիքներ են դրված, ապա արդյունքում առաջացող խառնաշփոթը հավասար է առանձին շեղումների հանրահաշվական գումարին: Երբեմն այս կանոնը խախտվում է մեծ խանգարումների դեպքում: Այս պարզ վարքագիծը հանգեցնում է մի շարք էֆեկտների, որոնք կոչվում են միջամտության երևույթ:
Միջամտության երեւույթը բնութագրվում է երկու ծայրահեղ դեպքով. Կոնստրուկտիվ մաքսիմում երկու ալիքները համընկնում են, և դրանք միմյանց հետ փուլային են: Դրանց սուպերպոզիցիայի արդյունքը խանգարող էֆեկտի ավելացումն է։ Ստացված խառը ալիքի ամպլիտուդը հավասար է առանձին ամպլիտուդների գումարին։ Եվ, ընդհակառակը, կործանարար միջամտության դեպքում մեկ ալիքի առավելագույնը համընկնում է երկրորդի նվազագույնի հետ՝ դրանք գտնվում են հակաֆազում։ Համակցված ալիքի ամպլիտուդը հավասար է նրա բաղադրիչ մասերի ամպլիտուդների տարբերությանը։ Այն դեպքում, երբ դրանք հավասար են, ապա ավերիչ միջամտությունն ավարտված է, իսկ միջավայրի ընդհանուր խանգարումը զրո է։
Յունգի փորձ
Երկու աղբյուրներից ստացված միջամտության օրինաչափությունը հստակ ցույց է տալիս համընկնող ալիքների առկայությունը: Թոմաս Յունգը ենթադրեց, որ լույսը ալիք է, որը ենթարկվում է սուպերպոզիցիայի սկզբունքին: Նրա հայտնի փորձարարական ձեռքբերումը լույսի կառուցողական և կործանարար միջամտության ցուցադրումն էր 1801 թվականին: Յանգի փորձի ժամանակակից տարբերակը էապես տարբերվում է միայն նրանով, որ այն օգտագործում է համահունչ լույսի աղբյուրներ: Լազերը միատեսակ լուսավորում է երկու զուգահեռ ճեղքերը անթափանց մակերեսի վրա: Նրանց միջով անցնող լույսը նկատվում է հեռավոր էկրանի վրա։ Երբ slots միջեւ լայնությունը շատ ավելի մեծ է, քանալիքի երկարությունը, պահպանվում են երկրաչափական օպտիկայի կանոնները՝ էկրանին տեսանելի են երկու լուսավորված տարածքներ։ Այնուամենայնիվ, երբ ճեղքերը մոտենում են միմյանց, լույսը ցրվում է, և էկրանի ալիքները համընկնում են միմյանց: Դիֆրակցիան ինքնին լույսի ալիքային բնույթի հետևանք է և այս էֆեկտի ևս մեկ օրինակ է:
միջամտության օրինաչափություն
Սուպերպոզիցիայի սկզբունքը որոշում է ստացված ինտենսիվության բաշխումը լուսավորված էկրանի վրա: Միջամտության օրինաչափություն առաջանում է, երբ ճեղքից դեպի էկրան ուղու տարբերությունը հավասար է ալիքի երկարությունների ամբողջ թվին (0, λ, 2λ, …): Այս տարբերությունը ապահովում է, որ բարձրությունները հասնում են միաժամանակ: Կործանարար միջամտությունը տեղի է ունենում, երբ ուղու տարբերությունը կիսով չափ (λ/2, 3λ/2, …) տեղափոխված ալիքների երկարությունների ամբողջ թիվ է: Յունգը օգտագործեց երկրաչափական փաստարկներ՝ ցույց տալու համար, որ սուպերպոզիցիան հանգեցնում է մի շարք հավասարաչափ տարածված ծայրամասերի կամ բարձր ինտենսիվության բծերի, որոնք համապատասխանում են կառուցողական միջամտության տարածքներին, որոնք բաժանված են ընդհանուր կործանարար միջամտության մուգ հատվածներով:
:
Հեռավորությունը անցքերի միջև
Կրկնակի ճեղքվածքի երկրաչափության կարևոր պարամետրը լույսի ալիքի երկարության λ հարաբերակցությունն է անցքերի միջև հեռավորությանը d. Եթե λ/d-ը 1-ից շատ փոքր է, ապա եզրերի միջև հեռավորությունը փոքր կլինի և համընկնման ազդեցություններ չեն նկատվի: Օգտագործելով սերտորեն բաժանված ճեղքերը՝ Յունգը կարողացավ առանձնացնել մութ և լուսավոր հատվածները։ Այսպիսով, նա որոշեց տեսանելի լույսի գույների ալիքի երկարությունները: Նրանց չափազանց փոքր մեծությունը բացատրում է, թե ինչու են այդ ազդեցությունները միայն նկատվումորոշակի պայմաններում. Կառուցողական և կործանարար միջամտության տարածքները առանձնացնելու համար լույսի ալիքների աղբյուրների միջև հեռավորությունները պետք է շատ փոքր լինեն:
Ալիքի երկարություն
միջամտության էֆեկտների դիտարկումը դժվար է երկու այլ պատճառով: Լույսի աղբյուրներից շատերն արտանետում են ալիքների երկարությունների շարունակական սպեկտր, ինչի հետևանքով առաջանում են մի քանի ինտերֆերենցիայի օրինաչափություններ, որոնք դրվում են միմյանց վրա, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր ուրույն տարածությունը եզրերի միջև: Սա վերացնում է առավել ցայտուն էֆեկտները, ինչպիսիք են ընդհանուր խավարի տարածքները:
Համապատասխանություն
Որպեսզի միջամտությունը նկատվի երկար ժամանակ, պետք է օգտագործվեն համահունչ լույսի աղբյուրներ: Սա նշանակում է, որ ճառագայթման աղբյուրները պետք է պահպանեն մշտական փուլային հարաբերություններ: Օրինակ, նույն հաճախականության երկու ներդաշնակ ալիքները միշտ ունեն ֆիքսված փուլային հարաբերություններ տարածության յուրաքանչյուր կետում՝ կամ փուլային, կամ հակափազային, կամ ինչ-որ միջանկյալ վիճակում: Այնուամենայնիվ, լույսի աղբյուրներից շատերը իրական ներդաշնակ ալիքներ չեն արձակում: Փոխարենը, նրանք լույս են արձակում, որտեղ պատահական փուլային փոփոխությունները տեղի են ունենում վայրկյանում միլիոնավոր անգամներ: Նման ճառագայթումը կոչվում է անկապ։
Իդեալական աղբյուրը լազերային է
Միջամտություն դեռևս նկատվում է, երբ երկու անհամապատասխան աղբյուրների ալիքները վերադրվում են տարածության մեջ, բայց միջամտության օրինաչափությունները փոխվում են պատահականորեն, ինչպես նաև պատահական փուլային տեղաշարժ: Լույսի սենսորները, ներառյալ աչքերը, չեն կարող արագ գրանցելփոփոխվող պատկերը, բայց միայն ժամանակի միջին ինտենսիվությունը: Լազերային ճառագայթը գրեթե մոնոխրոմատիկ է (այսինքն՝ բաղկացած է մեկ ալիքի երկարությունից) և խիստ համահունչ: Այն իդեալական լույսի աղբյուր է միջամտության էֆեկտները դիտարկելու համար:
Հաճախականության հայտնաբերում
1802 թվականից հետո Յունգի կողմից տեսանելի լույսի չափված ալիքի երկարությունները կարող էին կապված լինել լույսի անբավարար ճշգրիտ արագության հետ, որը հասանելի էր այդ ժամանակ՝ դրա հաճախականությունը մոտավոր գնահատելու համար: Օրինակ, կանաչ լույսի համար այն մոտավորապես 6×1014 Հց է: Սա մեխանիկական թրթռումների հաճախականությունից շատ մեծության կարգեր է: Համեմատության համար՝ մարդը կարող է լսել մինչև 2×104 Հց հաճախականությամբ ձայն: Թե կոնկրետ ինչ տատանվում էր նման տեմպերով, մնաց առեղծված առաջիկա 60 տարիների ընթացքում:
Միջամտություն բարակ թաղանթներին
Դիտարկված էֆեկտները չեն սահմանափակվում Թոմաս Յանգի կողմից օգտագործված կրկնակի ճեղքվածքի երկրաչափությամբ: Երբ ճառագայթները արտացոլվում և բեկվում են երկու մակերևույթներից, որոնք բաժանված են ալիքի երկարության հետ համեմատելի հեռավորությամբ, միջամտությունը տեղի է ունենում բարակ թաղանթներում: Մակերեւույթների միջև թաղանթի դերը կարող է խաղալ վակուումը, օդը, ցանկացած թափանցիկ հեղուկ կամ պինդ: Տեսանելի լույսի ներքո միջամտության էֆեկտները սահմանափակվում են մի քանի միկրոմետրի կարգի չափերով: Ֆիլմի հայտնի օրինակ է օճառի փուչիկը։ Դրանից արտացոլված լույսը երկու ալիքների սուպերպոզիցիա է՝ մեկը արտացոլվում է առջևի մակերեսից, իսկ երկրորդը՝ հետևից։ Նրանք համընկնում են տարածության մեջ և կուտակվում են միմյանց հետ: Կախված օճառի հաստությունիցֆիլմերը, երկու ալիքները կարող են փոխազդել կառուցողական կամ կործանարար կերպով: Միջամտության օրինաչափության ամբողջական հաշվարկը ցույց է տալիս, որ մեկ ալիքի երկարություն ունեցող լույսի դեպքում կառուցողական միջամտություն է նկատվում λ/4, 3λ/4, 5λ/4 և այլն թաղանթի հաստության համար, իսկ կործանարար միջամտություն՝ λ/2, λ, 3λ/ 2, …
Հաշվարկման բանաձևեր
Միջամտության երևույթը բազմաթիվ կիրառումներ ունի, ուստի կարևոր է հասկանալ հիմնական հավասարումները: Հետևյալ բանաձևերը թույլ են տալիս հաշվարկել միջամտության հետ կապված տարբեր մեծություններ երկու ամենատարածված միջամտության դեպքերի համար:
Յանգի փորձի մեջ վառ եզրերի գտնվելու վայրը, այսինքն՝ կառուցողական միջամտությամբ տարածքները, կարելի է հաշվարկել՝ օգտագործելով yպայծառ:=(λL/d)m, որտեղ λ. ալիքի երկարությունն է; m=1, 2, 3, …; d-ը միջանցքների միջև եղած հեռավորությունն է. L-ն թիրախից հեռավորությունն է։
Մուգ շերտերի, այսինքն՝ կործանարար փոխազդեցության տարածքների գտնվելու վայրը որոշվում է բանաձևով՝ yմութ.=(λL/d)(m+1/2):
Մեկ այլ տեսակի միջամտության դեպքում՝ բարակ թաղանթներում, կառուցողական կամ կործանարար սուպերպոզիցիայի առկայությունը որոշում է արտացոլված ալիքների փուլային տեղաշարժը, որը կախված է թաղանթի հաստությունից և նրա բեկման ինդեքսից: Առաջին հավասարումը նկարագրում է նման տեղաշարժի բացակայության դեպքը, իսկ երկրորդը նկարագրում է կիսաալիքի երկարության տեղաշարժը՝
2nt=mλ;
2nt=(m+1/2) λ.
Ահա λ-ն ալիքի երկարությունն է; m=1, 2, 3, …; t-ը ֆիլմում անցած ճանապարհն է. n-ը բեկման ինդեքսն է։
Դիտարկում բնության մեջ
Երբ արևը շողում է օճառի պղպջակի վրա, վառ գույնի շերտերը կարող են դիտվել, քանի որ տարբեր ալիքների երկարություններ ենթակա են կործանարար միջամտության և հեռացվում են արտացոլումից: Մնացած արտացոլված լույսը կարծես լրացնում է հեռավոր գույները: Օրինակ, եթե կործանարար միջամտության արդյունքում չկա կարմիր բաղադրիչ, ապա արտացոլումը կլինի կապույտ: Նմանատիպ ազդեցություն են թողնում ջրի վրա յուղի բարակ թաղանթները: Բնության մեջ որոշ թռչունների, այդ թվում՝ սիրամարգերի և կոլիբրիների փետուրները, ինչպես նաև որոշ բզեզների պատյանները երևում են ծիածանագույն, բայց փոխվում են գույնը, երբ փոխվում է դիտման անկյունը։ Այստեղ օպտիկայի ֆիզիկան արտացոլված լույսի ալիքների միջամտությունն է բարակ շերտավոր կառույցներից կամ անդրադարձող ձողերի զանգվածներից: Նմանապես, մարգարիտները և խեցիները ունեն ծիածանաթաղանթ՝ շնորհիվ մայրիկի մի քանի շերտերի արտացոլումների սուպերպոզիցիային: Թանկարժեք քարերը, ինչպիսին է օփալն է, ցուցադրում են ինտերֆերենցիայի գեղեցիկ նախշեր՝ կապված մանրադիտակային գնդաձև մասնիկների կողմից ձևավորված սովորական նմուշներից լույսի ցրման հետ:
Դիմում
Լույսի միջամտության երևույթների տեխնոլոգիական բազմաթիվ կիրառություններ կան առօրյա կյանքում: Դրանց վրա է հիմնված տեսախցիկի օպտիկայի ֆիզիկան։ Ոսպնյակների սովորական հակառեֆլեկտիվ ծածկույթը բարակ թաղանթ է: Դրա հաստությունը և բեկումը ընտրված են արտացոլված տեսանելի լույսի կործանարար միջամտություն առաջացնելու համար: Ավելի մասնագիտացված ծածկույթներ, որոնք բաղկացած ենԲարակ թաղանթների մի քանի շերտեր նախատեսված են ճառագայթումը փոխանցելու միայն նեղ ալիքի երկարության միջակայքում և, հետևաբար, օգտագործվում են որպես լույսի զտիչներ: Բազմաշերտ ծածկույթներն օգտագործվում են նաև աստղադիտակի հայելիների, ինչպես նաև լազերային օպտիկական խոռոչների անդրադարձման բարձրացման համար։ Ինտերֆերոմետրիա - ճշգրիտ չափման մեթոդներ, որոնք օգտագործվում են հարաբերական հեռավորությունների փոքր փոփոխությունները հայտնաբերելու համար, հիմնված են մուգ և թեթև շերտերի տեղաշարժերի դիտարկման վրա, որոնք առաջացել են արտացոլված լույսով: Օրինակ, չափելով, թե ինչպես կփոխվի միջամտության օրինաչափությունը, թույլ է տալիս որոշել օպտիկական բաղադրիչների մակերևույթների կորությունը օպտիկական ալիքի երկարության մասնաբաժիններով:
