Юнгтың тәжірибесі
Ағылшын физигі Т. Юнг бірінші рет (1802 ж.) тәжірибе жасап когерент жарық толқындарының интерференциясын бақылады. Юнгтың бұл тәжірибесі 1-суретте кескінделген. Мұнда жарықтық параллель шоғы кішкене тесігі бар Е1 экранға түсірілген, одан өткен бытыранқы жарық шоғы кішкене екі тесігі бар Е2 экранға түскен , одан соң осы D1 және D2 тесіктерден өткен жарық Е3 экранға түскен, сонда бұл экранның бетінде 
жарық және қара-қоңыр жолақтар, яғни интерференциялық бейне байқалған.
1-сурет
Р нүктесінде (1-сурет) бірінші және екінші толқын қоздыратын тербелістерді былай өрнектеуге болады:
мұндағы 
және 
– тебеліс амплитудалары, 
– толқын ұзындығы; 
; 
осы тербелістер қосылып Р нүктесінде жаңа тербеліс пайда болады, ол қорытқы тербеліс былай өрнектеледі:
. (3)
Оның амплитудасының квадраты
, (4)
мұндағы 
, 
, олай болса
, (5)
Жарық толқынының интенсивтігі тербеліс амплитудасының квадратына пропорционал. Ендеше Р нүктесіндегі жарық интенсивтігі 
мен 
айырмасына байланысты. Жарық интенсивтігі максимал болу үшін 
, яғни 
болуы шарт, немесе жолдар айырмасы:
, (6)
мұндағы 
Сөйтіп жолдар айырмасы жарты толқындардың жұп сандарына тең болса, қосылысқан жарық толқындары бірін-бірі күшейтеді.
Егер 
, яғни 
болса, сонда жолдар айырмасы жарты толқындардың тақ санына тең болады:
, (7)
мұндағы Бұл жағдайда жарық толқындары бірін-бірі әлсіретеді. Сөйтіп ақ экранның бетінде жарық және қара-қоңыр жолақтар пайда болады.
Жарықтың жұқа пленкаларда интерфенциялануы
Мөлдір жұқа пластинка алайық (2-сурет) оның жазық беттері параллель болсын. Осы пластинкаға монохромат жарықтың параллель шоғы түссін. Сонда А нүктесіне түскен І сәуле әрі шағылады, әрі сынады; сынып пластинкаға енген сәуле оның екінші бетінің В нүктесіне жетіп тағы аздап сынады және шағылады; сынған сәуле пластинкадан өтіп кетеді; шағылған сәуле С нүктесіне түсіп тағы аздап шағылады және сынады. Сынған сәуле пластинка сыртына шығып СО бағыты бойынша кетеді. Осы С нүктесіне І сәулеге параллель ІІ сәуле түсуі даусыз. Бұл сәуле де шағылады, әрі сынады, шағылған соң бұл да СО бағыты бойынша кетеді. Сөйтіп С нүктесінде бір жарық көзінен бір мезгілде шығып екі айырылған жарық шоқтары қайта кездеседі. Бұлардың біреуі кездескенге дейін пластинкада таралады, сондағы оның жүрген жолы АВС, екіншісі пластинканы қоршаған ортада таралады, оның жүрген жолы DС болады, бұл жолдардың геометриялық айырмасы АВС-DС-ға тең. Жарық әр түрлі ортада таралған жағдайда жолдың оптикалық ұзындығы деген ұғым пайдаланылады. Жолдың оптикалық ұзындығы деп жолдың геометриялық ұзындығы мен ортаның жарық сындыру көрсеткішінің көбейтіндісі айтылады. Оптикалық жолдар айырмасы жолдың оптикалық айырмасы деп аталады. Біз қарастырып отырған жағдайда жолдың оптикалық айырмасы мынаған тең:
(8)
мұндағы n мен n′ – пластинканың және оны қоршаған ортаның абсолют жарық сындыру көрсеткіштері. Енді В нүктесінен пластинканың үстіңгі бетіне нормаль жүргізейік, сонда ол нормаль медиана, әрі биссектриса болады, өйткені АВ=ВС. АЕВ үшбұрышынан:
(9)
(10)
АDС үшбұрышынан:
немесе (10) теңдікті еске алғанда:
(11)
Енді АВ мен DС кесінділерінің (9) және (11) теңдіктер бойынша берілген мәндерін (8) теңдіктегі орындарына қойсақ, сонда
жарықтың сыну заңына лайық 
сонда
немесе
(12)
Сөйтіп, С нүктесіне келіп қосылған екі жарық толқынының оптикалық айырмасы пластинканың қалыңдығына, оның сыну көрсеткішіне және сыну бұрышына байланысты. Жолдың оптикалық шын айырмасы мынаған тең:
(18)
Егер 
болса, жарық толқындары бір-бірін күшейтеді. Егер 
болса жарық толқындары бірін-бірі әлсіретеді.
Сөйтіп интерференция бейнесі шағылған жарықта бақылаған кезде жарықтың күшею шарты:
(14)
Жарықтың әлсіреу шарты:
(15)
Осы шарттардың орындалуына қарай, монохромат жарық түсірілген пластинка не жарық, не қара қоңыр боп көрінеді. Егер ақ жарық түсірілсе, онда байқалатын интерференциялық бейне түрлі-түсті болады.
Енді мөлдір жұқа пластинкадан өткен жарық сәулелерінің интерференциялануын қарастырайық. Жолдың оптикалық айырмасы бұрынғыша есептей келгенде мынадай болады:
(16)
Мұндағы ескеретін нәрсе: жарық В мен С нүктелерінде шағылғанда толқынның фазасы өзгермейді, өйткені екі жолы да жарық тығыздығы кем ортаның шекарасында шағылады. Сөйтіп интерференция бейнесі өткінші жарықта бақыланған кездегі жарықтың күшею шарты:
(17)
Жарықтың әлсіреу шарты:
(18)
Мұндағы 
–бүтін сан.
Осы (14)-(18) формулаларға қарағанда ақ жарық түсірілген мөлдір жұқа пластинканы бірдей бұрыш арқылы бақылағанда оның шағылған және өткен жарықтардағы түсі бірін-бірі толықтауыш түстер, яғни бірімен-бірі қосылғанда ақ түс беретін түстер болады. Интерференциялану нәтижесінде өткінші жарықта шағылған жарықта болады, сондай-ақ шағылған жарықта жоқ түсті сәулелер өткінші жарықта болады.
Интерферометрлер деп жұмыс істеу принципі жарықтың интерференциясы құбылысына негізделген оптикалық құралдарды айтамыз. Интерферометрлердің бірнеше түрі бар. Мысалы: Жамен, Майкельсон, Линник, Фабри-Перо интерферометрлері. Майкельсон интерферометрі ұзындықтарды (дененің ұзындығын, жарық толқындарының ұзындығын) дәл өлшеуде қолданылады. Беттерді тегістеуді бақылау үшін Линник интерферометрлері пайдаланылады.
Студенттердің өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтары:
1. Жарықтың топтық жылдамдығы қалай анықталады?
2. Фазалық және топтық жылдамдықтар арасында қандай тәуелділік бар?
3. Жарықтың интерференциясы құбылысы қайда байқалады?
4. Когерентті толқындарды алудың қандай жолдары бар?
5. Интерференциялық максимум және минимум шарттарын жазып түсіндіріңіз.
6. Жарықтың жұқа пленкадан интенференциялануын түсіндіріңіз.
7. Интерферометрлер дегеніміз не?
8. Қандай интерферометрлерді білесіз?
Дата добавления: 2015-09-18; просмотров: 5797;