Толқындардың интерференция және дифракция құбылыстары туралы шығарма

1. Білімдерін бекіту құбылыстары туралы интерференция және дифракция, жарықтың жағдайында олардың туындау, практикалық қолдану. 2. Дағдыларын меңгеру есептерді шешу анықтау үшін максимумдар және минимумдар интерференционных картиналар өтіп жатқан және жарықта, білік, практикалық ұзындығын анықтау жарық толқындар көмегімен дифракциялық торлар. Қысқаша теориялық мәліметтер Жарық ие заттардың корпускулалық-толқындық дуализмом: кез келген оптикалық сәуле бір мезгілде бар волновую және квантовую табиғатын, басым көрінісі сол немесе өзге де қасиеттерін байланысты энергия сәулелену немесе тербеліс жиілігін осцилляторов. Сәйкес қазіргі заманның талаптарына сай тарату кезінде жарық ие көбінесе волновыми қасиеттері (сәулелену кванты бар салыстырмалы түрде шағын қуаты, сәулелену және поглощении зат – квантовыми қасиеттері (кванты бар салыстырмалы түрде үлкен энергия). Дәлел толқындық табиғатын жарықтың қызмет етеді құбылыстар интерференция және дифракция. Жарық – электромагниттік толқындардың бір түрі, отличающийся от радиотолқындардың тек жиілігі сәулелену. Жарық интерференциясы – тұрақты кезектестіру, максимумдар және минимумдар жарықтандыру салу кезінде екі немесе бірнеше когерентных жарық толқындарының. Бірінші түсіндірді құбылыс жарықтың интерференциясын ағылшын ғалымы Т. Юнг (1773-1829), бақылай отырып, көрініс преломление жарық толқынның жұқа пленкалардағы. Т. Юнг түсіндірді, бұл айырмашылық түспен байланысты түрлілікпен ұзындығы толқындар. Басқа сөздермен айтқанда, бізден тыс табиғатта ешқандай бояу (түс) – тек электромагниттік толқындар ұзындығын (белый свет немонохроматичен, ол электромагниттік толқын ұзындығын – 400-ден 760 нм). Адам көз – оптикалық аспап, қабілетті тіркеуге айырмашылықтар ұзындығында жарық толқындар, яғни анықтайтын айырмашылықты түсті. Сонымен қатар, толқындардың оптикалық жол айырмасы Δ байланысты олардың ұзындығын, максимум қамтамасыз интерференционной суреттер әр түрлі ұзындықтағы толқындардың өнімділігі әр түрлі нүктелерінде тор көз. Сондықтан жұқа пленка бар радужную болады. Қажетті шарты толқындардың интерференция болып табылады олардың когеренттілік – тұрақтылық уақыт айырмасының фазалардың накладываемых толқындар. Осы талапқа қанағаттандыратын монохроматические толқындар, яғни толқын қатаң белгілі бір жиілік (толқын ұзындығы) және тұрақты амплитудасы. Интерференция нәтижесі нүктесінде М (максимум немесе минимум жарықтандыру) экранда байланысты ұзындығы жарық толқыны және айырмасының барысы толқындар жылғы когерентных көздері s1 және s2 (сур. 14). Егер оптикалық жол айырмасы тең бүтін бір қатарына толқын ұзындықтары вакуумдегі Δ = ±mλ0 (m = 0, 1, 2, …) , онда тербелістер, возбуждаемые екі толқынмен келген нүктесінде М, шығарса бірдей фазада (шарт интерференционного максимум). Егер оптикалық жол айырмасы толқын (m = 1, 2, …), онда тербелістер, возбуждаемые толқынмен келген нүктесінде М, жүргізілетін болады противофазе (шарт интерференционного минимум). Әлбетте, егер М нүктесі экранында равноудалена жылғы когерентных көздері болса, онда құрылады интерференционный максимум – ашық жолағы: толқын s1 және s2 келеді нүктесі М бірдей фаза, оптикалық жол айырмасы Δ = 0. Бұл максимум деп аталады нөлдік немесе орталық. Егер координатасы нүктеге М экранда еркін түрде жазылады, онда жол айырмасы интерферирующих толқындар Δ = d sin φ . Екінші жағынан, шарты интерференционного максимум Δ = mλ. Демек, егер мынадай шарт орындалады d sin φ = mλ (m = 0,1,2,…) , онда нүктесінде М байқалады, ақшыл жолақ, олай болмаған жағдайда – қараңғы. Осылайша, білмей қашықтық d саңылаулар арасындағы нөмірі (тәртібі) максимум m бұрышы φ, берілген бұл максимум байқалады, анықтауға болады ұзындығы λ жарық толқындар. Дифракцией жарық деп аталады құбылыс ауытқу жарық жылғы тік сызықтық жіберу кезінде оны тарату ортада өте айқын оптикалық неоднородностью. Бақылау үшін құбылысы дифракция света орындау қажет арнайы жағдай, өйткені осы құбылыстың ауқымы өте тәуелді өлшемдерінің арақатынасы кедергілер және толқын ұзындығы. Толқын ұзындығында салыстырмалы өлшемдері кедергілер дифракциясы білдірілді өте қатты; егер λ айтарлықтай аз мөлшерін кедергілер дифракциясы білдірілді нашар, яғни жарық күші түсінікті жасаңыз. Бірінші дифракция құбылысы түсіндіруге тырысты. Х. Гюйгенс, выдвинув 1690 ж. жұмыс істеу принципі толқындық майдан (принцип Гюйгенса): әрбір нүкте-ға дейін жетеді толқындық реніш, қызмет етеді орталығының екінші реттік толқындар, ал тастайтын қалдықтардың осы толқындардың ереже береді толқындық майдан келесі уақытта. 1816 ж. О. Френель жасады принцип Гюйгенса физикалық, аса мазмұнды, дополнив оның туралы ережеге интерференция екінші реттік толқындар. Сәйкес принцип Гюйгенса-Френель толқындық реніш кез келген нүктесінде кеңістігін нәтижесі болып табылады интерференция екінші реттік толқындардың излучаемых әрбір элементі белгілі бір толқындық беті. Анықтау үшін нәтижесі дифракция (амплитудасын жарық тербелістерінің) кейбір нүктесінде кеңістік, Френель ұсынды бұзатын волновую беті жекелеген учаскелері (френельдің зоналық әдісі) ететіндей толқын посылаемые екі көршілес аймақтар осы нүкте салалардан келіп, противофазе. Осылайша, жарық ауытқуы, возбуждаемые осы нүктесінде кеңістігін екі көршілес аймақтармен противоположны фаза бойынша және қолдану кезінде болуы тиіс өзара әлсіретуге бір-бірін. Дифракция арналған саңылау жазық жарық толқындарының. Мейлі узкую саңылау ені DN = a орналасқан жабық преграде, қалыпты құлайды жазық монохроматическая жарық толқыны (сур. 15). Үшін щелью қыз жинайтын линза, фокальной жазықтықта орналасқан экран байқау үшін дифракциялық суреттер. Қағидаты бойынша Гюйгенса-Френель жарықтандырылмаған щель көзі болып табылады қайталама когерентных жарық толқындар тарайтын барлық бағыттары бойынша және қабілетті интерферировать бір-бірімен. Қарастырайық сәулесі, шыққан астында произвольным бұрышы φ — бастапқы бағыт тарату толқын. Оптикалық жол айырмасы арасындағы ортасында шұғылалы күн, идущими шеткі нүктелік көздер D және N тең Δ = NC = a sin φ . Санын анықтау үшін Френель учаскесінде NC = Δ разобьем оның көптеген жартысына тең толқынның ұзындығының λ / 2, және нүктелері арқылы разбиений өткіземіз жазықтыққа параллель DC. Бұл жазықтықта әкемнің щель » френельдің зоналық әдісі, бұл жағдайда білдіреді жолақтар параллель шеттерінде саңылау. Саны аймақтарын, укладывающихся » саңылауының тәуелді толқын ұзындығын және бұрышын φ (Δ: λ/2). Өз кезегінде, санының Френель байланысты қолдану нәтижесі барлық екінші реттік толқындар. Егер Френель четное, яғни мынадай шарт орындалады (m = 1, 2, 3, …) , онда нүктесінде М байқалады дифракционный минимум (екінші реттік толқындар шыққан екі көршілес аймақтарын, погасят бір-бірін). Бағыттарына сәйкес келетін тақ Френель, укладывающихся » саңылау, яғни, орындау шарттары (m = 1, 2, 3, …) , байқалады дифракционный максимум, келісілген іс-әрекетпен бір некомпенсированной френельдің зоналық әдісі. Дифракциялық тор. Пайдалану дифракция жарықтың бір саңылау қиын-нашар көріну дифракциялық суреттер. Сондықтан практикалық мақсатта қолданылады арнайы құрылғы — дифракциялық тор. Дифракциялық тор – спектрлік аспап арналған ыдырау жарықтың спектрі және өлшеу ұзындығы жарық толқыны. Простейшая одномерная тор жиынтығы болып табылады үлкен санының тұрақты орналасқан кедергілер мен саңылаулар металл немесе шыны пластинкада (үздік металл торлар бар дейін 2000 сызықтар бір миллиметр бетінің, жалпы ұзындығы торлар құрайды 100-150 мм). Егер ені әрбір саңылау тең, ал ені непрозрачных учаскелерінің арасындағы саңылаулар b болса, онда шамасы d = a + b кезеңі деп аталады немесе тұрақты дифракциялық торлар. Дифракциялық картина на торда анықталады нәтижесі ретінде толқындардың интерференция, жүретін барлық саңылаулары (многолучевая жарық интерференциясы). Мейлі жалпақ монохроматическая толқын құлайды қалыпты жазықтықта тор (сур. 16). Өйткені саңылау орналасқан бір-бірінен бірдей қашықтықтарда, онда жол айырмасы сәулесінің келе жатқан екі көрші саңылаулар болады осы бағыты үшін φ бірдей шегінде барлық дифракциялық торлар: Δ = CF = d sin φ. Бағыттарда (яғни, осындай бұрыштары φ), онда жарық толқынының бірде-бірінің беті тегіс, саңылаусыз қолданылмайды (жарық әр түрлі бөліктерінің әр саңылауының толық қоюдың нәтижесінде интерференция), олар таратылатын болады және N щелях. Демек, бас минимумдар қарқындылығы байқалатын болады бағыттарда үшін мынадай шарт орындалады a sin φ = ±mλ (m = 1, 2, 3, …) . Салдарынан өзара толқындардың интерференция-әрекет бір саңылау күшейтеді-әрекет басқа, егер (m = 0, 1, 2, 3, …) . Бұл қатынасы білдіреді шарт-бас максимумдар. Сонымен бас максимумдар бар үлкен саны өте әлсіз жанама максимумдар бөлінген қосымша минимумами. Шарт қосымша минимумдар түрі бар мұндағы р = 1, 2, 3, … , сонымен N, 2N, 3N және т. б.; N – саны сызықтар торлар. Осылайша, құлағаннан кейін жазық толқын дифракционную торды жүреді, жарық интерференциясы, дифрагировавших арналған щелях және негіздейді күрделі дифракционную көрінісін таңдаңыз. Жарықтандыру кезінде дифракциялық торлар немонохроматическим жарық көзі (мысалы, күн) қамтитын, толқындар ұзындығын, тор қарттар жарық спектрі. Шартынан бас максимумдар керек, бұл олардың жағдайын байланысты толқын ұзындығы: көп λ, оқу орталығының орналасқан тиісті максимум. Алайда, аз айырмашылық екі толқын ұзындықтары λ1 = λ және λ2 = λ + Δλ, соғұрлым жақын орналасқанын экранда. Шекті жақындығы толқын ұзындықтары λ1 және λ2 олардың басты максимум қамтамасыз накладываются бір-біріне, сондықтан бөлек-бөлек бақылау (рұқсат) болады мүмкін емес. Рұқсат беретін қабілеті бар (рұқсат беретін күш) дифракциялық тор деп аталады безразмерная шамасы

Добавить комментарий

Your email address will not be published.