Інтерференційний експеримент Юнга

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Інтерференційний експеримент Юнга (Young's interference experiment) також названий Інтерферометер на подвійних щілинахоптичний 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]

Даний 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 рівна d . Віссю інтерференційної схеми Юнга є лінія, проведена від основного джерела світла через середину відстані між щілинами. База інтерферометра L – це відстань від площини щілин до площини інтерференційного поля (екрану). На екрані виникає інтерференційна картина у вигляді nice mates паралельних до щілини еквідистантних світлих та темних смуг. По ширині інтерференційної смуги можна визначити довжину хвилі світла.

Геометрична схема[ред.ред. код]

Ebohr1 IP.svg

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 (x,y ), де вздовж осі x розглядається інтерференційна база, а вздовж осі y - цуг інтерференційних смуг. На розміри системи вздовж осі z накладається тільки одна умова для дзеркал, висота яких повинна бути більшою в два рази за довжину хвилі \lambda світла, а також максимальна висота обумовлена зверху комфортністю спостереження інтерференційних смуг.

Кут нахилу схеми Юнга[ред.ред. код]

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

 \Delta = d \sin \theta =n\lambda

де n - ціле число, а значення кута Юнга буде:

\sin \theta = \frac{n\lambda}{d}

При малих значеннях кута справедливе співвідношення \theta \approx \sin \theta .

Ширина інтерференційної смуги[ред.ред. код]

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

y=L \tan \theta.

Для малих кутів Юнга \theta , справедливе співвідношення y=L \tan \theta \approx L \sin \theta , і тому

y=\frac{Ln\lambda}{d} .

В загальному випадку Ширина інтерференційної смуги визначається як:

\sigma=y_{n+1}-y_n=\frac{L\lambda}{d} .

Тобто її значення співпадає з аналогічним для схеми Френеля.

Зсув інтерференційної смуги[ред.ред. код]

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

\xi=\Delta \phi/2\pi \ne 0 .

Очевидно, що модуль цієї величини змінюється в діапазоні:

0 \le |\xi| \le 1 .

Оскільки при \xi =1 , інтерференційна картина співпадає з незміщеною. Нехай N - а інтеграційна смуга знаходиться на відстані від центру поля y_N . Тоді для неї різниця ходу буде згідно з моделлю Захар'євського[4]:

\delta_N=N\lambda =\frac{ay_N}{r+s}  ,

де r+s=L - інтерференційна база. Включення збурення приводить до зміни різниці ходу:

\delta_N(\pm \xi)=(N\pm \xi)\lambda=\frac{a(y_N\pm \Delta y)}{r+s} .

Оскільки ширина інтерференційної смуги рівна:

\sigma=N\lambda=\frac{a(y_N)}{r+s}  ,

тому зсув інтерференційної смуги буде:

\Delta \sigma =\xi \lambda .

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:

\xi=\xi (v) \approx \xi_{exp}

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


Дивись також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. Thomas Young (1807). A course of lectures on natural philosophy and the mechanical arts, Volume 1. Johnson (original from Princeton University). Процитовано 2011-10-23. 
  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. а б в Захарьевский А. Н. Интерферометры. — М.: Гос. изд. оборонной промышленности, 1952. — 296 с.

Література[ред.ред. код]

  • Ландсберг Г. С. Оптика. — М.: Физматлит, 2010. — 848 с.
  • Сивухин Д. В. Оптика // Общий курс физики. — М.: Физматлит, 2006. — Т. 4. — 792 с.