Լույսի ինտերֆերենց

Ինտերֆերենցիոն պատկեր

Լույսի ինտերֆերենց, լուսային ալիքների վերադրման դեպքում ինտենսիվությունների գումարման սկզբունքի խախտում, որի հետևանքով լուսային փնջերը տարածության տվյալ կետում կարող են ուժեղացնել կամ թուլացնել միմյանց՝ առաջացնելով լուսավոր և խավար շերտերի կամ օղակների հաջորդականություն։ Ինտերֆերենցիան լույսի ալիքային բնույթի ապացույց է։

Լույսի ինտերֆերենցիան մի քանի կոհերենտ լուսային ալիքների վերադրման ( սուպերպոզիցիայի) արդյունքում լույսի ինտենսիվության վերաբաշխումն է։ Այս երևույթն ուղեկցվում է տարածության մեջ լույսի ինտենսիվության մաքսիմումների ու մինիմումների հերթագայումով։ Լույսի ինտենսիվության բաշխումը կոչվում է ինտերֆերենցիոն պատկեր։

Պատմություն

Լույսի ինտերֆերենցիա

Ինտերֆերենցիայի երևույթն առաջինը միմյանցից անկախ հայտնաբերել են Ռոբերտ Բոյլը (1627-1691 թթ.) և Ռոբերտ Հուկը (1635-1703 թթ.)։ Նրանք հետևում էին բարակ թաղանթների բազմագույն գունավորման (ինտերֆերենցիոն շերտերի) առաջացմանը, որոնք նման էին ջրի մակերևույթին յուղի կամ բենզինի բծերին։

1801 թվականին Թոմաս Յունգը (1773-1829 թթ.), ներմուծելով «սուպերպոզիցիայի սկզբունքը», առաջինը բացատրեց լույսի ինտերֆերենցիայի երևույթը, գիտական կիրառություն տվեց «ինտերֆերենցիա» տերմինին (1803 թ.) և բացատրեց բարակ թաղանթների գունայնությունը։ Նա նաև իրականացրեց լույսի ինտերֆերենցիայի դիտման առաջին ցուցադրական փորձը, ինտերֆերենցիան ստանալով լույսի երկու ճեղքային աղբյուրներից, հետագայում Յունգի այս փորձը դարձավ դասական։

Բացատրությունը

Այդ երևույթի ճիշտ բացատրությունը (ալիքային պատկերացումների հիման վրա) 19 դարի սկզբում տվել են Թոմաս Յունգը և Օգյուստեն Ֆրենելը։

Ֆրենելի փորձի սխեման

Լույսի ինտերֆերենցիա դիտելու անհրաժեշտ պայմանը վերադրվող ալիքների կոհերենտությունն է։ Գոյություն ունեն լույսի կոհերենտ փնջերի ստացման մի քանի եղանակներ։ Օրինակ, Ֆրենելի փորձում 180°–ին մոտ անկյան տակ տեղավորված առաջին և երկրորդ հարթ հայելիները տալիս են Տ աղբյուրի Տ₁ և Տ₂ կեղծ պատկերները։ Այդ կոհերենտ «կեղծ աղբյուրներից» ալիքները AB էկրանի տարբեր կետերին են հասնում փուլերի որոշ տարբերությամբ (φ), որը որոշվում է Տ₁-ից և Տ₂–ից մինչև էկրանի համապատասխան կետը ընկած ճանապարհների օպտիկական երկարությունների δ տարբերությամբ՝

$\phi =2\pi {\frac {\delta }{\lambda }}$

որտեղ λ ալիքի երկարությունն է։ Լուսային ալիքների ինտենսիվության բաշխումը էկրանի վրա որոշվում է

$I=4I_{0}cos^{2}{\frac {\phi }{2}}$

առնչությամբ, որտեղ I₀-ն ալիքների սկզբնական Ֆրենելի փորձի սխեման ինտենսիվությունն է։ Առաջին կարող է ընդունել 0-ից մինչև 4I₀ տիրույթում ընկած արժեքներ, ուստի էկրանի տարբեր կետերի լուսավորվածությունը տարբեր է ստացվում։ Այս դեպքում, իհարկե, էներգիայի պահպանման օրենքի խախտում կամ լուսային էներգիայի փոխակերպում տեղի չի ունենում, լուսավորվածության մաքսիմումների և մինիմումների առաջացումը պայմանավորված է միայն լուսային հոսքի վերաբաշխումով։

Ալիքների մարում կամ ուժեղացում

Եթե աղբյուրի գծային չափերը շատ փոքր են ալիքի երկարությունից, ապա աղբյուրը կոչվում է կետային։

Նույն հաճախությունն ունեցող այն ալիքները, որոնց փուլերի տարբերությունը դաշտի (տարածության այն մասը, որտեղ հասել են նրանք) կամայական կետում ժամանակից կախված չէ, կոչվում են կոհերենտ ալիքներ։

Քանի որ ալիքի տարածման ընթացքում յուրաքանչյուր λ ճանապարհի վրա նրա փուլը փոփոխվում է 2π-ով, ապա Δl (ընթացքների տարբերություն) հավասար լինի ամբողջ թիվ անգամ ալիքի երկարությանը (զույգ կամ կենտ կես ալիք), այսինք եթե՝ Δl=nλ=2n*λ/2, ապա ինչ-որ կետում կետում ալիքները կհանդիպեն (և կմնան) նույն փուլերում (Δφ=0,2π,4π,...) և իրար կուժեղացնեն։ Եթե Δl= (2n+1)*λ/2, ապա այդ կետում ալիքները կհանդիպեն հակառակ փուլերով (Δφ=π,3π,5π,...) և նրանք իրար կթուլացնեն, իսկ հավասար լայնույթների դեպքում՝ կմարեն։

Կոհերենտ ալիքների վերադրումից կարելիա ստանալ մի այնպիսի համազոր ալիքային դաշտ (ինտերֆերենցիոն պատկեր), որի որոշ կետերում տատանումներն ուժեղանում են, իսկ մյուսներում՝ թուլանում։

Բնության մեջ չկան լույսի՝ երկու իրարից տարբեր այնպիսի աղբյուրներ, որոնցից առաքված լուսային ալիքները կոհերենտ լինեն։ Այդ բանում հեշտ է համոզվել, եթե հաշվի առնենք, որ ամեն մի լույսի աղբյուր մեծ թվով ատոմների խումբ է, որոնցից յուրաքանչյուրն իր հերթին լույսի աղբյուր է։ Ըստ որում մի աղբյուրի տարբեր ատոմներ և առավել ևս տարբեր աղբյուրների ատոմներ առաքում են լույսի կարճատև իմպուլսներ, որոնք ըստ ժամանակի բոլորովին իրար հետ «համաձայնեցված» չեն, այլ ունեն պատահական բնույթ։ Եթե դիտարկվող կետում տարբեր աղբյուրների որևէ մեկական ատոմներից առաքված լույսերը հանդիպում են փուլերի ինչ-որ տարբերությամբ, ապա այլ ատոմներից առաքված լույսերը նույն կետում կհանդիպեն փուլերի հնարավոր բոլոր տարբերություններով։ Արդյունքում կարելի է ստանալ ոչ թե ինտերֆերենցիոն պատկեր, այլ լույսի հավասարաչափ բաշխում։

Ինտերֆերենցիան բնության մեջ

Լույսի ինտերֆերենցը օճառի պղպջակի վրա

Լույսի ինտերֆերենցիա դիտելու համար լույսի աղբյուրի խտայնությունը պարտադիր չէ։ Բնական պայմաններում դիտվող ինտերֆերենցիայի երևույթը պայմանավորված է հենց տարածական աղբյուրներից առաքված լուսային ճառագայթներով։ Օրինակ, ինտերֆերենցիա է դիտվում, երբ բարակ թափանցիկ թաղանթը լուսավորվում է ցրված լույսով։ Այս երևույթը հայտնի բարակ թիթեղների գույներ անունով և դիտվում է օճառի թաղանթների վրա, ջրի մակերևույթին լողացող յուղի կամ նավթի բարակ–բարակ թաղանթներից դիտվող ինտերֆերենցիոն պատկերներ շերտերում և այլն։

Կիրառությունները

Լույսի ինտերֆերենցիան լայնորեն կիրառվում է ճառագայթման ալիքի երկարությունը չափելու, սպեկտրային գծի նուրբ կառուցվածքը հետազոտելու, նյութի խտությունը, բեկման ցուցիչը, դիսպերսիոն հատկությունները որոշելու, օպտիկական համակարգի որակը ստուգելու համար և այլն։ Այդ երևույթի վրա է հիմնված ինտերֆերոմետրի աշխատանքը, հոլոգրաֆիայի մեթոդը։Լույսի ինտերֆերենցի երևույթի կիրառություններից մեկն արտադրանքի մակերևույթի մշակման որակի գնահատումն է։

Տես նաև

• Ալիքների ինտերֆերենցիա

Արտաքին հղումներ

• Ինտերֆերենցիա - ֆեյնմանյան դասախոսություններ

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 4, էջ 358)։