Відкрити головне меню

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 схемаРедагувати

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 ЮнгаРедагувати

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 смугиРедагувати

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 смугиРедагувати

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. такожРедагувати

ПриміткиРедагувати

  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.

ЛітератураРедагувати

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