Интерференция световых волн

Поскольку оптическая плотность пленки отличается от оптической плотности среды, из которой пришел световой пучок, световой луч преломляется при вхождении в пленку и выходе из нее. От точки, где такой луч выходит из пленки, может отразиться еше один луч, пришедший из того же источника. Таким образом, для наблюдателя эта точка будет выглядеть как источник двух независимых лучей, светящих с одной частотой, но с разностью по фазе, возникающей в результате задержки при прохождении первого луча сквозь пленку. Эта разность зависит от угла, под которым наблюдатель смотрит на точку, а математические закономерности, описывающие характеристики результирующей волны, будут такими же, как в опыте Юнга.

Интерференция света

Интерференция света — перераспределение интенсивности света в результате наложения (суперпозиции) нескольких когерентных световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. Её распределение называется интерференционной картиной.

История открытия

Впервые явление интерференции было независимо обнаружено Робертом Бойлем (1627—1691 гг.) и Робертом Гуком (1635—1703 гг.). Они наблюдали возникновение разноцветной окраски тонких плёнок (интерференционных полос), подобных масляным или бензиновым пятнам на поверхности воды. В 1801 году Томас Юнг (1773—1829 гг.), введя «Принцип суперпозиции», первым объяснил явление интерференции света, ввел термин «интерференция» (1803) и объяснил «цветастость» тонких пленок. Он также выполнил первый демонстрационный эксперимент по наблюдению интерференции света, получив интерференцию от двух щелевых источников света (1802); позднее этот опыт Юнга стал классическим.

Интерференция света в тонких плёнках

Интерференция в тонкой плёнке. Альфа — угол падения, бета — угол отражения, жёлтый луч отстанет от оранжевого, они сводятся глазом в один и интерферируют.

Получить устойчивую интерференционную картину для света от двух разделённых в пространстве и независящих друг от друга источников света не так легко, как для источников волн на воде. Атомы испускают свет цугами очень малой продолжительности, и когерентность нарушается. Сравнительно просто такую картину можно получить, сделав так, чтобы интерферировали волны одного и того же цуга [1] . Так, интерференция возникает при разделении первоначального луча света на два луча при его прохождении через тонкую плёнку, например плёнку, наносимую на поверхность линз у просветлённых объективов. Луч света, проходя через плёнку толщиной , отразится дважды — от внутренней и наружной её поверхностей. Отражённые лучи будут иметь постоянную разность фаз, равную удвоенной толщине плёнки, отчего лучи становятся когерентными и будут интерферировать. Полное гашение лучей произойдет при , где — длина волны. Если нм, то толщина плёнки равняется 550:4=137,5 нм.

Лучи соседних участков спектра по обе стороны от нм интерферируют не полностью и только ослабляются, отчего плёнка приобретает окраску. В приближении геометрической оптики, когда есть смысл говорить об оптической разности хода лучей, для двух лучей

— условие максимума; — условие минимума,

где k=0,1,2. и — оптическая длина пути первого и второго луча, соответственно.

Явление интерференции наблюдается в тонком слое несмешивающихся жидкостей (керосина или масла на поверхности воды), в мыльных пузырях, бензине, на крыльях бабочек, в цветах побежалости, и т. д.

Кольца Ньютона

Основная статья: Кольца Ньютона
Возникновение колец Ньютона. Волна 2 отстанет от волны 1.

Другим методом получения устойчивой интерференционной картины для света служит использование воздушных прослоек, основанное на одинаковой разности хода двух частей волны: одной — сразу отраженной от внутренней поверхности линзы и другой — прошедшей воздушную прослойку под ней и лишь затем отразившейся. Её можно получить, если положить плосковыпуклую линзу на стеклянную пластину выпуклостью вниз. При освещении линзы сверху монохроматическим светом образуется тёмное пятно в месте достаточно плотного соприкосновения линзы и пластинки, окружённое чередующимися тёмными и светлыми концентрическими кольцами разной интенсивности. Тёмные кольца соответствуют интерференционным минимумам, а светлые — максимумам, одновременно тёмные и светлые кольца являются изолиниями равной толщины воздушной прослойки. Измерив радиус светлого или тёмного кольца и определив его порядковый номер от центра, можно определить длину волны монохроматического света. Чем круче поверхность линзы, особенно ближе к краям, тем меньше расстояние между соседними светлыми или тёмными кольцами [2] .

Математическое описание

Интерференция двух плоских волн

Пусть имеются две плоские волны:
и

По принципу суперпозиции результирующее поле в области пересечения этих волн будет определяться суммой:

Интенсивность задается соотношением:

Откуда с учетом:
:

Для простоты рассмотрим одномерный случай и сонаправленность поляризаций волн,
тогда выражение для интенсивности можно переписать в более простом виде:

Интерференционная картина представляет собой чередование светлых и темных полос, шаг которых равен:

Примером этого случая является интерференционная картина в отраженном от поверхностей плоскопараллельной пластинки свете.

Случай неравных частот

В некоторых учебниках и пособиях говорится о том, что интерференция света возможна только для волн образованных от одного источника света путём амплитудного либо полевого деления волновых фронтов. Это утверждение является неверным. С точки зрения принципа суперпозиции интерференция существует всегда, даже когда интерферируют волны от двух разных источников света. Правильно было бы говорить о наблюдении или возможности наблюдения интерференционной картины. Последняя может быть нестационарна во времени, что приводит к замазыванию и исчезновению интерференционных полос. Рассмотрим две плоские волны с разными частотами:

По принципу суперпозиции результирующее поле в области пересечения этих волн будет определяться суммой:

Пусть некоторый прибор, обладающий некоторым характерным временем регистрации (экспозиции), фотографирует интерференционную картину. В физической оптике интенсивностью называют усредненный по времени поток световой энергии через единичную площадку ортогональную направлению распространения волны. Время усреднения определяется временем интегрирования фотоприемника, а для устройств, работающих в режиме накопления сигнала (фотокамеры, фотопленка и т. п.), временем экспозиции. Поэтому приемники излучения оптического диапазона реагируют на среднее значение потока энергии. То есть сигнал с фотоприемника пропорционален:

где под <> подразумевается усреднение. Во многих научно технических приложениях данное понятие обобщается на любые, в том числе и не плоские волны. Так как в большинстве случаев, например в задачах связанных с интерференцией и дифракцией света, исследуется в основном пространственное положение максимумов и минимумов и их относительная интенсивность, постоянные множители, не зависящие от пространственных координат, часто не учитываются. По этой причине часто полагают:

Квадрат модуля амплитуды задается соотношением:

Откуда, подставляя напряженность электрического поля, получим:

С учётом определения интенсивности можно перейти к следующему выражению:

[1] , где — интенсивности волн

Взятие интеграла по времени и применение формулы разности синусов даёт следующие выражения для распределения интенсивности:

В итоговом соотношении слагаемое, содержащее тригонометрические множители, называется интерференционным членом. Оно отвечает за модуляцию интенсивности интерференционными полосами. Степень различимости полос на фоне средней интенсивности называется видностью или контрастом интерференционных полос:

Условия наблюдения интерференции

Рассмотрим несколько характерных случаев:

1. Ортогональность поляризаций волн.

При этом и . Интерференционные полосы отсутствуют, а контраст равен 0. Далее, без потери общности, можно положить, что поляризации волн одинаковы.

2. В случае равенства частот волн и контраст полос не зависит от времени экспозиции .

3. В случае значение функции и интерференционная картина не наблюдается. Контраст полос, как и в случае ортогональных поляризаций, равен 0

4. В случае контраст полос существенным образом зависит от разности частот и времени экспозиции.

Общий случай интерференции

При взятии интеграла в соотношении [1] полагалось, что разность фаз не зависит от времени. Реальные же источники света излучают с постоянной фазой лишь в течение некоторого характерного времени, называемого временем когерентности. По этой причине, при рассмотрении вопросов интерференции оперируют понятием когерентности волн. Волны называют когерентными, если разность фаз этих волн не зависит от времени. В общем случае говорят, что волны частично когерентны. При этом поскольку существует некоторая зависимость от времени, интерференционная картина изменяется во времени, что приводит к ухудшению контраста либо к исчезновению полос вовсе. При этом в рассмотрении задачи интерференции, вообще говоря и не монохроматическгого (полихроматического) излучения, вводят понятие комплексной степени когерентности . Интерференционное соотношение принимает вид

Оно называется общим законом интерференции стационарных оптических полей.

См. также

• Интерференция (физика) — общее описание интерференции как волнового процесса.
• Дифракция
• Цуг волн

Примечания

1. ↑Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б. §58. Интерференция света // Физика: Учеб. для 10 кл. сред. шк. — 9-е изд. — М: Просвещение, 1987. — С. 158—161. — 319 с.
2. ↑Ландсберг Г.С. §126. Кольца Ньютона // Элементарный учебник физики. — 13-е изд. — М .: Физматлит, 2003. — Т. 3. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика. — С. 249-266. — 656 с. — ISBN 5922103512

Литература

• Яштолд-Говорко В. А. Фотосъемка и обработка. Съемка, формулы, термины, рецепты, — Изд. 4-е, сокр. — М .: «Искусство», 1977.
• Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М .. — Т. IV. Оптика.

Ссылки

• Интерференция света — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)
• Интерференция света — статья из Физической энциклопедии
• Flex приложение, демонстрирующее принципы работы интерферометра Фабри-Перо
• Энергия электро-магнитных волн. Интенсивность света
• Свойства источника света и материала. Типы источников света. Суммарное освещение

• Интерференция

Интерференция световых волн

Иногда при наблюдении областей пересечения двух или более световых пучков можно наблюдать чередующиеся светлые и темные полосы. Можно также видеть, что на некоторых поверхностях, таких, как мыльные пленки, взаимодействующие световые волны белого цвета формируют радужные изображения. Такие же явления можно наблюдать на масляных пятнах, появляющихся на лужах вследствие утечек топлива или масла из двигателей автомобилей, на морозных узорах, появляющихся зимой на стеклах, на крыльях насекомых. Это физическое явление связано с тем, что электромагнитные волны, несущие свет, взаимодействуют пересекаясь, усиливают и ослабляют друг друга с определенной периодичностью. В максимумах таких пересечений, где волны действуют синфазно, интенсивность света выше, в минимумах, соответственно, ниже. Это явление и есть интерференция.

Сделаем домашку
с вашим ребенком за 380 ₽
Уделите время себе, а мы сделаем всю домашку с вашим ребенком в режиме online
*количество мест ограничено
Определение 1

Интерференция световых волн — это их соединение при совпадающих частотах, но различающихся фазах (когерентных волн), порождающее повышение и понижение интенсивности совместных волновых колебаний.

Открытие интерференции. Опыт Юнга

Ученые конца XVII в. Роберт Бойль и Роберт Гук открыли интерференцию независимо друг от друга при наблюдениях за разноцветными тонкими масляными плёнками на воде. Томас Юнг в начале 1800-х гг. теоретически обобщил эти наблюдения и ввел в научный оборот само понятие интерференции света. Он также впервые продемонстрировал это явление в ходе опыта с использованием щелевых источников.

Для наблюдения интерференции нужны световые волны, колеблющиеся с одинаковой частотой, но не в одинаковой фазе. Из источников света только лазеры обладают свойством когерентности, однако получить ее можно разбив единый световой пучок на два или более, что и проделал Юнг во время своего знаменитого опыта.

«Интерференция световых волн» ��
Готовые курсовые работы и рефераты
Консультации эксперта по предмету
Помощь в написании учебной работы

Рисунок 1. Опыт Юнга. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Щели $S_1$ и $S_2$ в опыте Юнга являются источниками вторичных волн, происходящих от источника $S$. Если щели расположены симметрично, то световые пучки от $S_1$ и $S_2$ порождают волны, колеблющиеся синфазно, но для наблюдателя, рассматривающего, например, точку $P$ под углом, они не будут выглядеть таковыми, поскольку свет от каждой из щелей проходит до этой точки разные расстояния $r_1$ и $r_2$, т.е. волны колеблются со сдвигом по фазе.

Замечание 1

Опыт Юнга экспериментальным путем доказывает, что волны от щелевых источников распространяются независимо друг от друга и складываются в точке наблюдения. Это явление известно как принцип суперпозиции.

Выразим разность между расстояниями, которое проходит свет как

$\Delta = r_2 – r_1$

Это расстояние называется разностью хода.

Для определения интенсивности свечения интерференционных полос на экране выразим каждую из световых волн как

• $a$ – амплитуда,
• $k$ – волновое число,
• $ω$ – круговая частота,
• $E$ – модуль вектора напряженности электромагнитного поля световой волны.

При сложении волн результирующее колебание можно выразить как

$E = a_1 \cdot \cos <(ωt – kr_1)>+ a_2 \cdot \cos <(ωt – kr_2)>= A \cdot \cos<(ωt – φ)>$ ,

где $A$ – амплитуда результирующего колебания, а $φ$ – его фаза.

Интенсивность света, от которой зависит темная или светлая “окраска” интерференционных полос, принято выражать как квадрат амплитуды электрического поля волны:

Выразив амплитуду из предыдущих формул и подставив в уравнение интенсивности, получим, после тригонометрических преобразований:

$I = A^2 = a_1^2 + a_2^2 + 2 \cdot a_1 \cdot a_2 \cdot \cos = I_1 \cdot I_2 + 2 \cdot \sqrt \cdot \cos$ ,

где $\Delta$ – разность хода.

По этой формуле можно вычислить интенсивность освещенности любой точки экрана, на который падает свет от взаимодействующих в процессе интерференции волн.

Условия максимума и минимума

Как определить точки с наибольшей и наименьшей освещенностями при наблюдении интерференции? Для ответа на этот вопрос выразим разность хода через длину волны $\lambda$ и количество волн, укладывающихся в это расстояние $m$:

$\Delta = m \cdot \lambda ($m = 0, ±1, ±2, . )$

Минимальная интенсивность результирующей волны (т.е. интенсивность в точках экрана, где полосы темные) описывается формулой:

$\Delta = (2m + 1) \cdot \frac<\lambda>$

Это означает, что разность хода должна быть в точках минимума кратна нечетному числу волн. Для точек максимума, напротив, число волн, укладывающихся в разность хода, должно быть четным:

Замечание 2

Интерференция подтверждает волновую природу света. Ее удобно рассматривать с помощью таких понятий, как длина волны, частота, фаза и прочих характеристик, свойственных волновым явлениям.

Интерференция света в тонких пленках

Картину интерференции часто можно наблюдать в тонких пленках, например, таких, какие образуются на поверхности воды при попадании на нее маслянистых прозрачных жидкостей. Такие вещества, будучи легче воды, растекаются по ее поверхности до тех пор, пока их толщина не будет представлять собой всего несколько слоев молекул. Это расстояние сопоставимо с длиной световой волны. К тому же наружная и внутренняя поверхности таких пленок параллельны с высокой точностью.

Интерференционная картина при попадании света на такую пленку получается потому, что часть пучка отражается от внешней ее стороны, а часть, пройдя сквозь пленку, отражается от внутренней.

Поскольку оптическая плотность пленки отличается от оптической плотности среды, из которой пришел световой пучок, световой луч преломляется при вхождении в пленку и выходе из нее. От точки, где такой луч выходит из пленки, может отразиться еше один луч, пришедший из того же источника. Таким образом, для наблюдателя эта точка будет выглядеть как источник двух независимых лучей, светящих с одной частотой, но с разностью по фазе, возникающей в результате задержки при прохождении первого луча сквозь пленку. Эта разность зависит от угла, под которым наблюдатель смотрит на точку, а математические закономерности, описывающие характеристики результирующей волны, будут такими же, как в опыте Юнга.

Особенностью интерференционной картины, порождаемой тонкими пленками, является то, что на них меняется не интенсивность освещения, а цвета, которые при изменении угла зрения “переливаются”, создают радужные картины. Это связано с тем, что длина волны результирующего пучка настолько мала, что сопоставима с длинами волн различных цветов. Если пленка немного утончается (например, вследствие ветра, колышущего поверхность воды), цвет интерференционной картины смещается к синей стороне спектра, если утолщается – к красной.

Зависимость длины результирующей волны от толщины пленки можно описать формулой

$2dn = m \cdot \lambda$ ,

где $d$ – толщина пленки, $n$ – коэффициент, отражающий оптическую плотность вещества пленки и, следовательно, обуславливающий коэффициент преломления.

Кольца Ньютона

Еще одно проявление интерференции можно наблюдать в так называемых кольцах Ньютона. Увидеть их можно в ходе следующего опыта. Нужно положить выпуклую линзу на прозрачную пластину выпуклостью вниз. Верхняя поверхность линзы должна быть плоской. Если осветить такую систему монохроматическим (с постоянной длиной волны) светом сверху, то вокруг места соприкосновения линзы и пластинки образуется система из темных и светлых концентрических колец. Замерив диаметр одного из таких колец и определив его порядковый номер, можно узнать длину волны освещающего пучка. Чем больше выпуклость линзы, тем ближе друг к другу располагаются светлые и тёмные кольца.

Рисунок 2. Кольца Ньютона. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Здесь, как и в случаях с опытом Юнга и тонкими пленками, мы имеем дело с распадением исходного светового пучка на два производных с той же длиной волны (частотой), но сдвинутых по фазе за счет преломления в линзе и ее геометрии.

Зависимость между радиусом кольца $r$, кривизной линзы $R$ и длиной волны $\lambda$ описывается формулой

Проблема когерентности волн

Для возникновения интерференционных полос недостаточно двух источников света, излучающих с одинаковой частотой. В повседневной жизни можно видеть множество примеров, когда при наличии таких источников (например, светящихся одноцветных светодиодов в гирлянде) никаких светлых и темных полос не возникает.

В реальности световые волны, за исключением тех, что излучают некоторые лазеры, не совпадают по частоте с достаточной для появления интерференционной картины точностью. Источник света состоит из атомов, излучающих свет независимо друг от друга в хаотической последовательности и с интервалами порядка $\tau = 10^$ с.

Это можно объяснить следующим образом. Результирующие волны от очень большого числа источников существует в течение очень краткого периода времени, после чего в процесс вступает другая группа излучающих атомов. Суммарное излучение меняет амплитуду и фазу, т.е. интерференционная картина появляется на чрезвычайно малые моменты времени, неразличимые с помощью оптических приборов. Фрагменты испускаемого света продолжительностью $\tau$ называют цугами. Их длина в пространстве равна $c \cdot τ$, где $c$ – скорость света. Фазы разных цугов не совпадают, поэтому мы видим не интерференционную картину, а хаотический по фазе набор цугов, т.е. эти колебания некогерентны, а интерференционные полосы хаотически перемещаются и глаз или фотоприбор вместо них видит лишь точки с усредненной освещенностью.

Применение интерференции в технике

Благодаря тому, что интерференционные изображения чувствительны к малейшим изменениям геометрии и оптической плотности прозрачных тел, интерференцию используют в технике для точных измерений. Особенно широко она примеряется в оптике.

Например, при шлифовке вогнутых зеркал для телескопов отклонения их поверхностей от геометрически правильной формы проверяют особым образом освещая и рассматривая отражение светового пучка на специальном экране. Характер расположения светлых и темных полос выявляет характер дефектов.

Просветление линз – еще одно применение интерференции в оптике. Объективы оптических устройств (фотоаппаратов, проекторов, перископов) представляют собой системы, состоящие из большого числа оптических компонентов (линз, призм, зеркал). Их стеклянные поверхности отражают около 5% попадающего на них света. Интерференция используется для снижения этих потерь. Для этого на поверхности оптических компонентов наносят тонкие пленки. Их толщину подбирают так, чтобы происходило гашение отражающегося света для длин волн зеленой (средней) части. Красные и фиолетовые лучи при прохождении через объективы ослабляются в меньшей степени, что, кстати, обуславливает сиреневые блики, испускаемые объективами в отраженном свете.

Интерферометры применяются также для анализа химического состава и физических характеристик (температуры, плотности) газов и других пропускающих свет веществ.

Nazik təbəqələrdə interferensiya

dalğa uzunluğu ilə müqayisə olunan təbəqə başa düşülür.

Tutaq ki, sındırma əmsalı

müstəvi paralel şəffaf təbəqə üzərinə

müstəvi monoxromatik işıq dəstəsi düşür. (şəkil 26.8).

Məsələnin sadələşdirilməsi məqsədi ilə bu təbəqə üzərinə

bir şüanın düşdüyünü fərz edək. Təbəqənin səthindəki O

nöqtəsində şüa ikiyə bölünür: həm qismən təbəqənin üst

səthindən qayıdır, həm də qismən təbəqədə sınır. Sınan şüa

C nöqtəsinə çatdıqdan sonra isə həm havada qismən sınır

, həm də qayıdır və

nöqtəsinə çatır. Bu nöqtədə

şüa yenidən qismən qayıdır və

bucağı altında sınaraq

yenidən havaya çıxır. Əgər 1

toplayıcı linza qoysaq, onda onlar linzanın fokal

nöqtələrinin birində ğörüşərək interferensiya mənzərəsi yaradar. İnterferensiya

verən şüalar arasındakı yollar fərqini təyin edilək.

müstəvisinə qədər interferensiya yaradan 1

olar. Burada, n

– nazik təbəqəni əhatə edən mühitin (havanın) sındırma əmsalı vahid qəbul

edilir, n – nazik təbəqənin sındırma əmsalı,

– isə işığın iki mühiti ayıran səthdən qayıdan

zaman optik yollar fərqinin yarım dalğa dəyişməsi ilə əlaqədardır. Məlumdur ki, işıq optik sıxlığı

az (çox) olan mühitdən optik sıxlığı çox (az) olan mühit sərhəddinə düşdükdə qayıdan süanın

rəqs fazası π qədər dəyişdiyindən şüaların optik yollar fərqi

qədər azalır (çoxalır). Əgər

olarsa, onda optik yollar fərqinin yarım dalğa geri qalması yaxud itgisi O nöqtəsində baş

– yarım dalğa dəyişməsi mənfi işarəli olar;

optik yollar fərqi,

şəklində ifadə olunar. (26.11) düsturunu uyğun olaraq (26.7) və (26.8) – dənəzərə alsaq, onda

nöqtəsində interferensiya maksimumu üçün

interferensiya minimumu üçün isə

Ifadələrini almış olarıq.

Qeyd etmək lazımdır ki, interferensiya, yalnız əgər təbəqənin ikiqat qalınlığı düşən

dalğanın koherentliyi uzunluğundan az olduqda müşahidə olunur.

(26.10) ifadəsindən ğöründüyü kimi, nazik təbəqəsinin alt və üst üzlərindən qayıdan

şüaların arasında yaranan optik yollar fərqi həm təbəqənin d qalınlığından, həm də i düşmə

bucağının qiymətindən asılıdır. Bu kəmiyyətlərdən biri sabit qaldıqda, optik yollar fərqi yalnız

digər parametrlərlə təyin olunduğundan, alınan interferensiya zolaqları vasitəsilə bir sıra

nəticələrə nail olmaq mümkündür. Bu hallara ayrılıqda baxaq.

1. Bərabər meylin interferensiya zolaqları (müstəvi paralel üzlü lövhələrdən

interferensiya).

(26.12) və (26.13) ifadələrindən ğörünür ki, müstəvi paralel üzlü lövhələrdə (təbəqələrdə)

kəmiyyətləri ilə təyin edilir. Verilmiş

şüalarının hər bir meylinə özünün interferensiya zolaqları uyğun gəlir. Eyni qalınlıqda olan

təbəqə üzərinə monoxromatik şüalar düşərkən, şüaların yollar fərqi ancaq düşmə bucağından

asılı olmalıdır, belə ki, i-dən asılı olaraq bir istiqamətdə düşən şüalar güclənərsə, digər bir

istiqamətdə düşən şüalar zəifləyəcəkdir. Əks olunan şüalar üçün maksimum və minimum alınma

şərti (26.12) və (26.13) ifadələri ilə təyin olunacaqdır.

Bu halda əmələ gələn interferensiya zolaqlarına bərabər meylin interferensiya zolaqları

Lövhələrin üst və alt üzlərindən qayıdan

şüaları bir–birinə paraleldirlər, çünki lövhə müstəvi

paraleldir. Ona görə də interferensiya verən

şüaları yalnız sonsuzluqda kəsişirlər, buna görə də

deyirlər ki, bərabər meyilli zolaqlar sonsuzluqda

lokallaşmışlar. Onların müşahidəsi üçün,toplayıcı

linzadan və linzanın fokal müstəvisində yerləşmiş

ekranından istifadə olunur (şəkil 26.9). Bir – birinə

foksunda görüşürlər (şəkil 26.9 – da linzanın optik oxu

şüalarına paraleldir). Bu nöqtəyə həmçinin, 1 şüasına paralel olan) digər şüalarda gəlirlər,

nəticədə ümumi intensivlik artır. Başqa bucaq altında meyl edən 2 şüaları, linzanın fokal

nöqtəsinə görüşürlər. Asanlıqla göstərmək olar ki, Əgər linzanın optik oxu

lövhənin səthinə perpendikulyar olarsa, onda eyni meyilli zolaqlar mərkəzi linzanın foksunda

olan dairəvi həlqələr formasında olacaqdır.

bucağı altında düşən şüalar üçün (26.11) ifadəsi ilə təyin olunan yollar fərqinin dalğa

uzunluğunun tam misllərinə bərabər olan

P nöqtəsində maksimum işıqlanma, digər hər

bucağı altında düşən şüala rüçün yollar fərqi dalğa uzunluğu yarısının tək misillərinə

P nöqtələrində minimum işıqlanma – qaranlıq yaranacaqdır.

Təcrübədə həmin hadisəni müşahidə etmək üçün

1 dalğa uzunluğu dəqiqliyi ilə hazırlanmış

paralel üzlü lövhədən və enli işıq mənbəyindən istifadə edilir.

Əgər müşahidə bilavasitə gözlə aparılarsa və lövhəyə ağ işıq düşərsə, müşahidəçi müxtəlif is-

tiqamətdə lövhənin müxtəlif rənglərə boyanmış olduğunu görəcəkdir. Belə bir hadisə su üzərində

yağ və neft dağıldiqda, eləcə də, sabun köpüyü üzərində işıq düşdükdə müşahidə olunur.

Optik çihazların linzaları üzərinə düşən şüaların, az miqdarda da olsa müəyyən hişsəsi linza

səthindən əks olunur. Xüsusilə fotoaparatda həmin şüalar məqsədəuyğun olmur.

İnterferensiya hadisəsindən istifadə edərək əks olunan şüaları zəiflətmək mümkündür. Bu

məqsədlə linzanın üzərinə qalınlığı

dalğa uzunluğuna bərabər olan nazik şəffaf təbəqə çəkilir.

Təbəqə maddəsinin sındırma əmsalı, linza maddəsinin sındırma əmsalından kiçik olmalıdır.

Təbəqənin alt və üst səthlərindən əks etmiş şüaların yollar fərqi

olduğundan həmin şüalar

bir-birini zəifləndirərək yoxa çıxarır. Təbəqənin qalınlığından asılı olaraq, bu və ya digər rənğlər

zəifləmiş olur. Fotoaparatın obyektivi üzərinə çəkilmiş təbəqənin qalınlığını seçməklə əks olunan

şüalar içərisində mavi şüalar müstəsna olmaqla yerdə qalanlarını zəifləndirmək olur ki, bunun

nəticəsində obyektiv mavi rəngdə görünür.

2. Bərabər qalınlığın interferensiya zolaqları (qalınlığı müntəzəm dəyişən lövhələrdən

interferensiya).

Tutaq ki, eyni qalınlığa malik olmayan (qalınlığı müntəzəm dəyişən) pazşəkilli şəffaf cisim

üzərinə (yan üzləri arasındakı

bucağı kiçik olan), yayılma istiqaməti 1 və 2 paralel şüaları ilə

eyni olan müstəvi dalğa düşür (şəkil 26.10). Düşən 1 şüasının bölündüyü bütün şüalardan, yəni

pazşəkilli şəffaf cismin üst və alt səthlərindən qayıdan,

şüalarına baxaq. Pazşəkilli nazik

təbəqənin və linzanın müəyyən qarşılıqlı vəziyyəti zamanı

şüaları, B nöqtəsinin xəyalı

olan və linzanın fokal müstəvisinin hər hansı bir P

mənzərəsi yaradırlar. Əgər mənbə pazşəkilli nazik

təbəqənin səthindən kifayyət qədər uzaqda yerləşirsə

bucağı həddən artıq kiçikdirsə, onda

şüaları arasındakı optik

yollar fərqi (26.10) düsturuna əsasən böyük dəqiqliklə

hesablana bilər (burada d – pazın işıq düşən

hissəsindəki qalınlığıdır). Pazşəkilli nazik təbəqənin

başqa nöqtəsinə düşən 2 şüasının bölünməsi zamanı

şüaları linza vasitəsilə

toplanırlar. Optik yollar fərqi isə

– in qalınlığı ilə təyin edilir. Beləliklə,

interferensiya verən zolaqlar sistemi yaranır.

İnterferensiya zolaqların hər biri, lövhənin eyni qalınlığa malik olan yerindən səpilmə

zamanı yaranır (ümumi halda lövhənin qalınlığı müntəzəm olaraq dəyişir). Lövhənin eyni

qalınlıqlı təbəqələrindən səpilən şüaların görüşməsi nəticəsində yaranan interferensiya

zolaqlarına, bərabər qalınlığın interferensiya zolaqları deyilir. Pazın alt və üst tərəfləri yaxud

üzləri bir – birinə paralel olmadığından

) şüaları, şəkil 26.14 – də təsvir

edildiyi kimi, lövhənin yaxınlığında kəsişirlər. Beləliklə, eyni qalınlıqlı zolaqlar pazın səthinin

yaxınlığında lokallaşırlar. Əgər işıq lövhəyə normal yaxud perpendikulyar olaraq düşürsə, onda

eyni qalınlıqlı zolaqlar pazın yuxarı səthində lokallaşırlar.

16. İnterferometrlər.

İnterferensiya hadisəsi işığın dalğa təbiətli olması ilə əlaqədardır və onun kəmiyyət

dalğa uzunluğundan asılıdır. Ona görə də bu hadisə işığın dalğa təbiətli

olduğunu təsdiq etmək üçün və dalğa uzunluğunu ölçmək üçün tətbiq olunur (interferensiya

spektroskopiyası). İnterferensiya hadisəsindən praktikada geniş istifadə olunur. İnterferensiya

hadisələri çox dəqiq ölçmələr aparmağa imkan verir. Fiziki eksperimentlərdə, istehsalatda və

optikanın müxtəlif sahələrində onların istifadə olunma sahəsi sürətlə genişlənir.

İnterferensiya hadisəsi həmçinin interferometrlər adlanan optik cihazların iş prinsipini

təyin edir. Başqa sözlə desək, interferometrlərin ümumi iş prinsipi koherent işıq dalğalarının

alınması və interferensiyasına əsaslanır.

İnterferometrlərdən uzunluğun və bucaqların kiçik dəyişmələrini ölçmək, mühitin sındırma

əmsalınını təyin etmək, cisimlərin səthlərinin keyfiyyətinin hamarlığını yoxlamaq və s. məq-

sədlərlə istifadə olunur. İnterferometrlər böyük həssaslığa malik olduğuna görə, interferensiya

edən şüaların optik yollar fərqi çox cüzi dəyişdikdə interferensiya mənzərəsi kəskin surətdə

dəyişir. Ona görə də interferometrlər vasitəsilə çox incə işlər görülür. Məsələn, linzaların və

güzgülərin cilalanmış səthlərinin hamarlığını, bərk cisimlərin xətti genişlənmə əmsalını,

ferromaqnitlərin maqnit sahəsində, seqnetoelektriklərin elektrik sahəsində ölçülərinin

dəyişməsini yalnız interferometrlər vasitəsilə qiymətləndirmək olar. Rele interferometri maye və

qazların şüasındırma əmsalını yüksək dəqiqliklə təyin etməyə imkan verir. Sındırma əmsalı

maddənin kimyəvi tərkibindən asılı olduğundan interferensiya refraktometri vasitəsilə mühitin

kimyəvi tərkibində baş verən dəyişiklikləri aşkar etmək mümkündür. Məsələn, kömür

şaxtalarinda bu qaz alışaraq partlayışa səbəb ola bilər. Ona görə də metan qazının

konsentrasiyasına nəzarət edilir. Astronomiyada interferometrler vasitəsilə ulduzların bucaq dia-

metri təyin edilir. Bu məqsədlə ayırdetmə qabiliyyətli Maykelson interferometrindən təqribən

yüz dəfələrlə yüksək olan radiorefraktometrdən istifadə edilir. Şüaların spektral tərkibini

öyrənmək üçün də interferometrlərdən geniş istifadə olunur. Müasir spektral cihaz olan Furye-

spektrometrində Maykelson interferometrinin optik sxemi tətbiq edilir. Bu cihazla zəif spektrı,

xüsüsilə onun infraqırmızı oblastını tədqiq etmək olur. Fabri-Pero interferometrindən ayırdetmə

qabiliyyəti yüksək olan spektral cihazlarda spektr xətlərini etalon mənbəyin xətləri ilə müqayisə

ikişüalı

interferometrləri və s.) və çoxşüalı (Fabri-Pero, Lümer-Qerke

interferometrləri və s.) ola bilir. Bunlardan bəzilərinə nəzər

1. Maykelson interferometri. Kifayət qədər kiçik

kəmiyyətləri böyük dəqiqliklə ölçməyə imkan verən

Maykelson interferometrinin prinsipial sxemi şəkil 26.16- da