Інтерференційний експеримент Юнга

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

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

Кут нахилу схеми Юнга[ред.ред. код]

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[ред.ред. код]

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[ред.ред. код]

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.


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.