Інтерференційний експеримент Юнга

Інтерференційний дослід Юнга або Інтерферометр на подвійних щілинах оптичний прилад, запропонований в 1802 році Томасом Юнгом[1] для спостереження явища інтерференції когерентних світлових хвиль. Цей експеримент зіграв головну роль в прийнятті хвильової теорії світла[2]. На думку самого Юнга, цей експеримент був найвищим досягненням його життя.

Малюнок Томаса Юнга для інтерференції від двох щілин, який спостерігався на поверхні води.[3]

Цей прилад складається з двох вузьких щілин S1 та S2, які виконують роль двох когерентних джерел світла. Справа в тому, що через них проникають два когерентні промені світла від основного джерела світла S. Відстань між щілинами дорівнює . Віссю інтерференційної схеми Юнга є лінія, проведена від основного джерела світла через середину відстані між щілинами. База інтерферометра — це відстань від площини щілин до площини інтерференційного поля (екрану). На екрані виникає інтерференційна картина у вигляді паралельних до щілини еквідистантних світлих та темних смуг. За шириною інтерференційної смуги можна визначити довжину хвилі світла.

Геометрична схема

Геометрична схема Юнга, поряд із дзеркалами Френеля відповідно до Захар'євського[4] стала стандартом де-факто для розгляду явища інтерференції. В рамках даної схеми видно (див. мал.15[4]), що інтерференція є типовим двомірним 2D-явищем. Наприклад, для його розгляду достатньо розглядати площину (), де вздовж осі розглядається інтерференційна база, а вздовж осі — цуг інтерференційних смуг. На розміри системи вздовж осі накладається тільки одна умова для дзеркал — їхня висота повинна бути більшою вдвічі за довжину хвилі світла, а також максимальна висота обумовлена зверху комфортністю спостереження інтерференційних смуг.

Кут нахилу схеми Юнга

Кут нахилу схеми Юнга можна визначити наступним чином. Нехай довільна точка P знаходиться на інтерференційному екрані. Тоді різниця ходу між двома хвилями в точці P буде:

де  — ціле число, а значення кута Юнга буде:

При малих значеннях кута справедливе співвідношення .

Ширина інтерференційної смуги

Нехай є відстань від точки P до центру відстані між двома щілинами. Тоді її можна подати у вигляді:

.

Для малих кутів Юнга , справедливе співвідношення , і тому

.

В загальному випадку Ширина інтерференційної смуги визначається як:

.

Тобто її значення збігається з аналогічним для схеми Френеля.

Зсув інтерференційної смуги

Розглянемо збурення, що виникає на шляху двох променів, що приводить до відносної зміни фази:

.

Очевидно, що модуль цієї величини змінюється в діапазоні:

.

Оскільки при , інтерференційна картина збігається з незміщеною. Нехай - а інтеграційна смуга знаходиться на відстані від центру поля . Тоді для неї різниця ходу буде згідно з моделлю Захар'євського[4]:

,

де  — інтерференційна база. Включення збурення приводить до зміни різниці ходу:

.

Оскільки ширина інтерференційної смуги рівна:

,

тому зсув інтерференційної смуги буде:

.

Слід відзначити, що при наявності збурення всі інтерференційні смуги (як єдина цілісність) зміщуються однаково в певну сторону, в залежності від напряму збурення.

Таким чином, основна проблема для любої інтерференційної схеми, це знаходження явного вигляду функції збурення:

та наступного порівняння з експериментальними значеннями. Тут — довільна швидкість матеріальних об'єктів, що може бути контрольованою (явно, або не явно) під час експерименту.

Див. також

Примітки

  1. Thomas Young (1807). A course of lectures on natural philosophy and the mechanical arts, Volume 1. Johnson (original from Princeton University). Процитовано 23 жовтня 2011.
  2. OS Heavens & RW Ditchburn, Insight into Optics, 1991, John Wiley & sons, Chichester.
  3. Rothman, Tony (2003). Everything's Relative and Other Fables in Science and Technology. New Jersey: Wiley. ISBN 0-471-20257-6.
  4. Захарьевский А. Н. Интерферометры. М. : Гос. изд. оборонной промышленности, 1952. — 296 с.

Література

  • Ландсберг Г. С. Оптика. М. : Физматлит, 2010. — 848 с.
  • Сивухин Д. В. Оптика // Общий курс физики. М. : Физматлит, 2006. — Т. 4. — 792 с.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.