Nhờ các bài học trước, chúng ta biết rằng ánh sáng là tập hợp các tia thẳng truyền trong không gian theo một cách nhất định. Tuy nhiên, để giải thích tính chất của một số hiện tượng, chúng ta không thể sử dụng các khái niệm quang học hình học, tức là không thể bỏ qua tính chất sóng của ánh sáng. Ví dụ, khi ánh sáng mặt trời đi qua lăng kính thủy tinh, hình ảnh các dải màu xen kẽ xuất hiện trên màn hình (Hình 1), hình ảnh này được gọi là quang phổ; kiểm tra cẩn thận bong bóng xà phòng sẽ thấy màu sắc kỳ lạ của nó (Hình 2), liên tục thay đổi theo thời gian. Để giải thích những ví dụ này và những ví dụ tương tự khác, chúng ta sẽ sử dụng một lý thuyết dựa trên tính chất sóng của ánh sáng, đó là quang học sóng.
Cơm. 1. Sự phân hủy ánh sáng thành quang phổ
Cơm. 2. Bong bóng xà phòng
Trong bài học này chúng ta sẽ xem xét một hiện tượng gọi là giao thoa ánh sáng. Với sự trợ giúp của hiện tượng này, các nhà khoa học ở thế kỷ 19 đã chứng minh rằng ánh sáng có bản chất sóng chứ không phải hạt.
Hiện tượng giao thoa như sau: khi hai hoặc nhiều sóng chồng lên nhau trong không gian, xuất hiện một mô hình phân bố biên độ ổn định, trong khi tại một số điểm trong không gian, biên độ thu được bằng tổng biên độ của các sóng ban đầu, tại các điểm khác trong không gian biên độ thu được sẽ trở thành bằng không. Trong trường hợp này, phải áp dụng một số hạn chế nhất định đối với tần số và pha của các sóng gấp ban đầu.
Ví dụ về việc cộng hai sóng ánh sáng
Việc tăng hoặc giảm biên độ phụ thuộc vào độ lệch pha mà hai sóng gấp đó đến một điểm nhất định.
Trong hình. Hình 3 thể hiện trường hợp cộng hai sóng từ các nguồn điểm và nằm ở khoảng cách và tính từ điểm đó M, trong đó các phép đo biên độ được thực hiện. Cả hai sóng đều có tại một điểm M trong trường hợp chung, các biên độ khác nhau, vì trước khi đạt đến điểm này, chúng di chuyển theo những đường khác nhau và pha của chúng khác nhau.
Cơm. 3. Cộng hai sóng
Trong hình. Hình 4 cho thấy biên độ dao động tại một điểm phụ thuộc như thế nào M phụ thuộc vào pha mà hai sóng hình sin của nó đến. Khi các đường vân trùng nhau, biên độ thu được sẽ đạt cực đại. Khi đỉnh trùng với đáy, biên độ thu được sẽ được đặt lại về 0. Trong các trường hợp trung gian, biên độ thu được có giá trị từ 0 đến tổng biên độ của các sóng gấp (Hình 4).
Cơm. 4. Cộng hai sóng hình sin
Giá trị cực đại của biên độ thu được sẽ được quan sát trong trường hợp độ lệch pha giữa hai sóng cộng bằng không. Điều tương tự cũng phải được quan sát khi độ lệch pha bằng , vì đây là chu kỳ của hàm sin (Hình 5).
Cơm. 5. Giá trị cực đại của biên độ thu được
Biên độ dao động tại một điểm cho trước tối đa, nếu độ chênh lệch đường đi của hai sóng kích thích thì dao động tại điểm này bằng một số nguyên bước sóng hoặc một số chẵn nửa sóng (Hình 6).
Cơm. 6. Biên độ dao động cực đại tại một điểm M
Biên độ dao động tại một điểm cho trước là tối thiểu nếu chênh lệch đường đi của hai sóng kích thích dao động tại điểm này bằng một số lẻ nửa sóng hoặc nửa số nguyên các bước sóng (Hình 7).
Cơm. 7. Biên độ dao động nhỏ nhất tại một điểm M
, Ở đâu .
Sự can thiệp chỉ có thể quan sát được trong trường hợp cộng mạch lạc sóng (Hình 8).
Cơm. 8. Can thiệp
Sóng kết hợp- đây là những sóng có cùng tần số, độ lệch pha không đổi theo thời gian tại một điểm nhất định (Hình 9).
Cơm. 9. Sóng kết hợp
Nếu các sóng không kết hợp thì tại bất kỳ điểm quan sát nào cũng có hai sóng đến với độ lệch pha ngẫu nhiên. Do đó, biên độ sau khi cộng hai sóng cũng sẽ là một biến ngẫu nhiên thay đổi theo thời gian và thí nghiệm sẽ cho thấy không có hình ảnh giao thoa.
Sóng rời rạc- đây là những sóng trong đó độ lệch pha liên tục thay đổi (Hình 10).
Cơm. 10. Sóng rời rạc
Có nhiều tình huống có thể quan sát thấy sự giao thoa của các tia sáng. Ví dụ, vết xăng trong vũng nước (Hình 11), bong bóng xà phòng (Hình 2).
Cơm. 11. Vết xăng trong vũng nước
Ví dụ với bong bóng xà phòng đề cập đến trường hợp gọi là hiện tượng giao thoa trong màng mỏng. Nhà khoa học người Anh Thomas Young (Hình 12) là người đầu tiên nảy ra ý tưởng về khả năng giải thích màu sắc của màng mỏng bằng cách bổ sung các sóng, một trong số đó được phản xạ từ bề mặt bên ngoài của màng. phim, và cái khác từ bên trong.
Cơm. 12. Thomas Young (1773-1829)
Kết quả của sự giao thoa phụ thuộc vào góc tới của ánh sáng trên màng, độ dày của nó và bước sóng của ánh sáng. Sự khuếch đại sẽ xảy ra nếu sóng khúc xạ chậm hơn sóng phản xạ một số nguyên bước sóng. Nếu sóng thứ hai chậm lại nửa sóng hoặc một số lẻ nửa sóng thì ánh sáng sẽ yếu đi (Hình 13).
Cơm. 13. Sự phản xạ sóng ánh sáng từ bề mặt màng
Sự kết hợp của các sóng phản xạ từ bề mặt bên ngoài và bên trong của màng được giải thích bởi thực tế là cả hai sóng này đều là một phần của cùng một sóng tới.
Sự khác biệt về màu sắc tương ứng với thực tế là ánh sáng có thể bao gồm các sóng có tần số (độ dài) khác nhau. Nếu ánh sáng gồm những sóng có cùng tần số thì nó được gọi là đơn sắc và mắt chúng ta cảm nhận nó như một màu.
Ánh sáng đơn sắc(từ tiếng Hy Lạp cổ μόνος - một, χρῶμα - màu) - một sóng điện từ có một tần số cụ thể và không đổi nghiêm ngặt từ dải tần số được mắt người cảm nhận trực tiếp. Nguồn gốc của thuật ngữ này là do sự khác biệt về tần số của sóng ánh sáng được con người cảm nhận là sự khác biệt về màu sắc. Tuy nhiên, về bản chất vật lý, sóng điện từ trong vùng nhìn thấy không khác biệt với sóng ở các vùng khác (hồng ngoại, tia cực tím, tia X, v.v.) và thuật ngữ “đơn sắc” (“một màu”) cũng được sử dụng. liên quan đến chúng, mặc dù chúng không có cảm giác về màu sắc nhưng không có sóng. Ánh sáng gồm những sóng có bước sóng khác nhau được gọi là đa sắc(ánh sáng từ mặt trời).
Do đó, nếu ánh sáng đơn sắc chiếu tới một màng mỏng thì hình ảnh giao thoa sẽ phụ thuộc vào góc tới (ở một góc nào đó các sóng sẽ tăng cường lẫn nhau, ở những góc khác chúng sẽ triệt tiêu lẫn nhau). Với ánh sáng đa sắc, để quan sát vân giao thoa, ta dùng màng có độ dày thay đổi sẽ thuận tiện, trong khi các sóng có độ dài khác nhau sẽ giao thoa ở các điểm khác nhau và ta có thể thu được hình ảnh màu (như trong bong bóng xà phòng).
Có những thiết bị đặc biệt - giao thoa kế (Hình 14, 15), nhờ đó bạn có thể đo bước sóng, chiết suất của các chất khác nhau và các đặc tính khác.
Cơm. 14. Giao thoa kế Jamin
Cơm. 15. Giao thoa kế Fizeau
Ví dụ, vào năm 1887, hai nhà vật lý người Mỹ, Michelson và Morley (Hình 16), đã thiết kế một giao thoa kế đặc biệt (Hình 17), nhờ đó họ dự định chứng minh hoặc bác bỏ sự tồn tại của ether. Thí nghiệm này là một trong những thí nghiệm nổi tiếng nhất trong vật lý.
Cơm. 17. Giao thoa kế sao Michelson
Sự can thiệp cũng được sử dụng trong các lĩnh vực hoạt động khác của con người (để đánh giá chất lượng xử lý bề mặt, làm rõ quang học, để thu được lớp phủ có độ phản chiếu cao).
Tình trạng
Hai tấm gương mờ được đặt song song với nhau. Một sóng ánh sáng có tần số rơi vào chúng vuông góc với mặt phẳng của gương (Hình 18). Khoảng cách tối thiểu giữa các gương phải là bao nhiêu để quan sát được sự giao thoa bậc một tối thiểu của các tia truyền qua?
Cơm. 18. Minh họa bài toán
Được cho:
Tìm thấy:
Giải pháp
Một chùm tia sẽ đi qua cả hai gương. Cái còn lại sẽ đi qua gương thứ nhất, được phản chiếu từ gương thứ hai và gương thứ nhất, rồi đi qua gương thứ hai. Sự khác biệt về đường đi của các tia này sẽ gấp đôi khoảng cách giữa các gương.
Số tối thiểu tương ứng với giá trị của một số nguyên.
Bước sóng là:
tốc độ ánh sáng ở đâu
Chúng ta hãy thay thế giá trị và giá trị của bước sóng vào công thức chênh lệch đường đi:
Trả lời: .
Để thu được sóng ánh sáng kết hợp bằng cách sử dụng các nguồn sáng thông thường, phương pháp phân chia mặt sóng được sử dụng. Trong trường hợp này, sóng ánh sáng phát ra từ bất kỳ nguồn nào đều được chia thành hai hoặc nhiều phần, kết hợp với nhau.
1. Thu được sóng kết hợp bằng phương pháp Young
Nguồn sáng là một khe được chiếu sáng mạnh, từ đó sóng ánh sáng truyền vào hai khe hẹp song song với khe ban đầu S(Hình 19). Vì vậy, các khe đóng vai trò là nguồn kết hợp. Trên màn hình trong khu vực BC một mô hình giao thoa được quan sát thấy dưới dạng các sọc sáng và tối xen kẽ.
Cơm. 19. Thu được sóng kết hợp bằng phương pháp Young
2. Thu được sóng kết hợp bằng lăng kính lưỡng cực Fresnel
Lăng kính lưỡng tính này bao gồm hai lăng kính hình chữ nhật giống hệt nhau có góc khúc xạ rất nhỏ, gấp lại ở đáy. Ánh sáng từ nguồn bị khúc xạ ở cả hai lăng kính, do đó các tia truyền ra phía sau lăng kính, như thể phát ra từ các nguồn tưởng tượng và (Hình 20). Những nguồn này là mạch lạc. Như vậy, trên màn hình ở khu vực BC một mô hình giao thoa được quan sát thấy.
Cơm. 20. Thu được sóng kết hợp bằng lăng kính lưỡng cực Fresnel
3. Thu được sóng kết hợp bằng cách sử dụng phương pháp tách độ dài đường quang
Hai sóng kết hợp được tạo ra bởi một nguồn, nhưng các đường hình học khác nhau có chiều dài và truyền tới màn hình (Hình 21). Trong trường hợp này, mỗi tia truyền qua một môi trường có chiết suất tuyệt đối riêng. Độ lệch pha giữa các sóng tới một điểm trên màn bằng giá trị sau:
Ở đâu và là các bước sóng trong môi trường có chiết suất tương ứng bằng và tương ứng.
Cơm. 21. Thu được sóng kết hợp bằng cách sử dụng phương pháp tách độ dài đường quang
Tích của độ dài đường hình học và chiết suất tuyệt đối của môi trường được gọi là chiều dài đường quang.
,
– sự chênh lệch quang học trong đường đi của sóng giao thoa.
Sử dụng nhiễu, bạn có thể đánh giá chất lượng xử lý bề mặt của sản phẩm với độ chính xác của bước sóng. Để làm điều này, bạn cần tạo một lớp không khí mỏng hình nêm giữa bề mặt mẫu và tấm tham chiếu thật nhẵn. Khi đó, những bất thường trên bề mặt lên đến cm sẽ gây ra độ cong đáng chú ý của các vân giao thoa hình thành khi ánh sáng phản xạ từ các bề mặt được kiểm tra và cạnh đáy (Hình 22).
Cơm. 22. Kiểm tra chất lượng xử lý bề mặt
Rất nhiều thiết bị chụp ảnh hiện đại sử dụng một số lượng lớn kính quang học (thấu kính, lăng kính, v.v.). Đi qua các hệ thống như vậy, luồng ánh sáng trải qua nhiều phản xạ, điều này có ảnh hưởng bất lợi đến chất lượng hình ảnh vì một phần năng lượng bị mất trong quá trình phản xạ. Để tránh hiệu ứng này, cần sử dụng các phương pháp đặc biệt, một trong số đó là phương pháp làm sạch quang học.
Xóa quang dựa trên hiện tượng nhiễu. Một màng mỏng có chiết suất thấp hơn chiết suất của thủy tinh được dán lên bề mặt thủy tinh quang học, chẳng hạn như thấu kính.
Trong hình. Hình 23 cho thấy đường đi của chùm tia tới bề mặt ở một góc nhỏ. Để đơn giản hóa, chúng tôi thực hiện tất cả các phép tính cho một góc bằng 0.
Cơm. 23. Lớp phủ quang học
Độ chênh lệch đường đi của sóng ánh sáng 1 và 2 phản xạ từ bề mặt trên và dưới của màng bằng hai lần độ dày của màng:
Bước sóng trong phim nhỏ hơn bước sóng trong chân không trong N một lần ( N- chiết suất của màng):
Để sóng 1 và sóng 2 yếu đi lẫn nhau, độ chênh lệch đường truyền phải bằng một nửa bước sóng, nghĩa là:
Nếu biên độ của cả hai sóng phản xạ bằng nhau hoặc rất gần nhau thì sự tuyệt chủng ánh sáng sẽ hoàn toàn. Để đạt được điều này, chiết suất của màng được chọn tương ứng, vì cường độ của ánh sáng phản xạ được xác định bởi tỷ số chiết suất của hai môi trường.
Bản chất của mẫu giao thoa quan sát được phụ thuộc vào vị trí tương đối của các nguồn và mặt phẳng quan sát P (Hình 1.1). Ví dụ, các vân giao thoa có thể có dạng một họ các vòng đồng tâm hoặc hyperbol. Dạng đơn giản nhất là dạng giao thoa thu được bằng cách xếp chồng hai sóng đơn sắc phẳng, khi các nguồn S1 và S2 được đặt ở một khoảng cách vừa đủ so với màn hình. Trong trường hợp này, mẫu giao thoa có dạng sọc thẳng tối và sáng xen kẽ (cực đại và cực tiểu giao thoa), nằm ở cùng một khoảng cách với nhau. Trường hợp này được thực hiện trong nhiều sơ đồ giao thoa quang học. Mỗi cực đại nhiễu (vạch sáng) tương ứng với một hiệu đường truyền, trong đó m là số nguyên gọi là thứ tự nhiễu. Đặc biệt, xuất hiện cực đại nhiễu bậc 0. Trong trường hợp giao thoa của hai sóng phẳng chiều rộng rìa l được kết nối bằng mối quan hệ đơn giản với góc hội tụ của các tia giao thoa trên màn (Hình 1.2).
Khi màn được đặt đối xứng với chùm tia 1 và 2, độ rộng của các vân giao thoa được biểu thị bằng tỷ số: . Phép tính gần đúng, có giá trị ở các góc nhỏ, có thể áp dụng cho nhiều sơ đồ giao thoa quang học.
(Gương Fresnel
Hai gương phẳng tiếp xúc OM và ON (Hình 2) được đặt sao cho bề mặt phản xạ của chúng tạo thành một góc khác 180 0 một phân số một độ. Song song với đường giao nhau của gương (điểm 0 trong Hình 2), cách nó một khoảng r nhất định, đặt một khe hẹp S, qua đó ánh sáng chiếu vào gương. Màn mờ đục E1 chặn đường đi của ánh sáng từ nguồn S đến màn E. Gương ném hai sóng hình trụ kết hợp lên màn E, lan truyền như thể chúng đến từ hai nguồn tưởng tượng S1 và S2.
Khoảng cách S1S 2 càng nhỏ, nghĩa là vân giao thoa càng lớn thì góc giữa hai gương càng nhỏ? . Góc đặc lớn nhất mà các chùm tia giao thoa vẫn có thể chồng lên nhau được xác định bởi góc 2?=< KS1T =< RS 2 L . При этом экран располагается достаточно далеко. На основании законов отражения угол 2?= 2? . Таким образом,
Cách đây không lâu chúng ta đã thảo luận chi tiết về các tính chất của sóng ánh sáng và sự giao thoa của chúng, tức là hiệu ứng chồng chất của hai sóng từ các nguồn khác nhau. Nhưng người ta cho rằng tần số của các nguồn là như nhau. Trong chương này chúng ta sẽ tập trung vào một số hiện tượng phát sinh khi hai nguồn có tần số khác nhau giao thoa với nhau.
Không khó để đoán điều gì sẽ xảy ra. Tiếp tục như trước, chúng ta hãy giả sử rằng có hai nguồn dao động giống hệt nhau có cùng tần số và pha của chúng được chọn sao cho tại một thời điểm nào đó tín hiệu đến có cùng pha. Nếu là ánh sáng thì lúc này nó rất sáng, nếu là âm thanh thì rất to, còn nếu là electron thì có rất nhiều. Mặt khác, nếu các sóng tới lệch pha 180° thì sẽ không có tín hiệu nào tại điểm đó vì tổng biên độ ở đây sẽ đạt cực tiểu. Bây giờ, giả sử rằng ai đó xoay núm “điều chỉnh pha” của một trong các nguồn và thay đổi độ lệch pha tại một điểm ở đây và ở đó, giả sử trước tiên anh ta đặt nó về 0, sau đó bằng 180°, v.v. Tất nhiên, trong trường hợp này , nó sẽ thay đổi và cường độ của tín hiệu đến. Bây giờ rõ ràng là nếu pha của một trong các nguồn thay đổi chậm, liên tục và đều so với nguồn kia, bắt đầu từ 0, sau đó tăng dần lên 10, 20, 30, 40°, v.v., thì tại điểm chúng ta sẽ thấy một loạt các “xung” yếu và mạnh, bởi vì khi độ lệch pha đi qua 360°, biên độ lại xuất hiện cực đại. Nhưng phát biểu rằng một nguồn thay đổi pha của nó so với nguồn khác với tốc độ không đổi thì tương đương với phát biểu rằng số dao động trong một giây của hai nguồn này hơi khác nhau.
Vì vậy, bây giờ chúng ta đã biết câu trả lời: nếu bạn lấy hai nguồn có tần số hơi khác nhau một chút thì phép cộng sẽ tạo ra dao động với cường độ dao động chậm. Nói cách khác, mọi điều được nói ở đây thực sự có liên quan!
Kết quả này dễ dàng thu được về mặt toán học. Ví dụ, giả sử chúng ta có hai sóng và quên mất tất cả các mối quan hệ không gian trong một phút và chỉ nhìn vào vấn đề. Giả sử một sóng đến từ một nguồn và một sóng đến từ một nguồn khác, và cả hai tần số đều không hoàn toàn bằng nhau. Tất nhiên, biên độ của chúng cũng có thể khác nhau, nhưng trước tiên hãy giả sử rằng biên độ bằng nhau. Chúng ta sẽ xem xét vấn đề chung sau. Tổng biên độ tại một điểm sẽ là tổng của hai cosin. Nếu chúng ta vẽ biên độ theo thời gian như trong hình. 48.1, hóa ra là khi đỉnh của hai sóng trùng nhau thì thu được độ lệch lớn, khi đỉnh và đáy trùng nhau - thực tế bằng 0, và khi các đỉnh lại trùng nhau thì lại thu được sóng lớn.
Quả sung. 48.1. Sự chồng chất của hai sóng cosin có tỷ số tần số 8:10. Sự lặp lại chính xác của các dao động trong mỗi nhịp không phải là điển hình cho trường hợp chung.
Về mặt toán học, chúng ta cần tính tổng của hai cosin và bằng cách nào đó sắp xếp lại nó. Điều này sẽ đòi hỏi một số mối quan hệ hữu ích giữa các cosin. Hãy lấy chúng. Bạn biết đấy, tất nhiên, rằng
và phần thực của số mũ bằng , và phần ảo bằng . Nếu chúng ta lấy phần thực 
, thì chúng ta nhận được , và đối với tích
chúng ta nhận được cộng một số phép cộng tưởng tượng. Tuy nhiên, hiện tại chúng ta chỉ cần phần thật. Như vậy,
Nếu bây giờ chúng ta đổi dấu của đại lượng thì vì cosin không đổi dấu nhưng sin đổi dấu sang dấu ngược lại nên chúng ta thu được biểu thức tương tự cho cosin của hiệu
Sau khi cộng hai phương trình này, tích của các sin bị hủy và ta thấy tích của hai cosin bằng một nửa cosin của tổng cộng với một nửa cosin của hiệu
Bây giờ bạn có thể gói gọn biểu thức này và nhận được công thức nếu bạn chỉ cần đặt , a, tức là a:
Nhưng hãy quay lại vấn đề của chúng ta. Tổng và bằng
Bây giờ giả sử các tần số gần giống nhau, sao cho nó bằng một tần số trung bình nào đó, ít nhiều giống với mỗi tần số đó. Nhưng sự khác biệt nhỏ hơn nhiều so với và , vì chúng ta giả định rằng và gần bằng nhau. Điều này có nghĩa là kết quả của phép cộng có thể được hiểu như thể có một sóng cosin có tần số ít nhiều bằng tần số ban đầu, nhưng "quét" của nó đang thay đổi chậm: nó dao động với tần số bằng . Nhưng đây có phải là tần số mà chúng ta nghe thấy nhịp đập? Phương trình (48.0) nói rằng biên độ biểu hiện như 
, và điều này phải được hiểu theo cách sao cho các dao động tần số cao được chứa giữa hai sóng cosin trái dấu (đường đứt nét trong Hình 48.1). Mặc dù biên độ thay đổi theo tần số, tuy nhiên, nếu chúng ta đang nói về cường độ của sóng thì chúng ta phải tưởng tượng tần số cao gấp đôi. Nói cách khác, sự điều biến biên độ theo nghĩa cường độ của nó xảy ra với một tần số, mặc dù chúng ta nhân với cosin của một nửa tần số.
nghĩa là, một lần nữa hóa ra sóng tần số cao được điều chế bởi tần số thấp.
1. Bổ sung các sóng đơn hướng. Hãy để trên trục Ồ có hai nguồn S 1 và S 2 tại các điểm có tọa độ X 1 và X 2 (Hình 81). Tại một thời điểm t = 0 nguồn bắt đầu phát ra hai nguồn đơn sắc có cùng tần số w Sóng ánh sáng phân cực tuyến tính trong một mặt phẳng.
, (10.1)
, (10.2)
Đây v- tốc độ truyền sóng.
Điện trường và từ trường tuân theo nguyên lý chồng chất. Do đó, khi sóng chồng lên nhau tại bất kỳ điểm nào MỘT căng thẳng của họ tăng lên. . (10.3)
Đây j = w(x 2 - X 1 )/v- lệch pha giữa các sóng. Ngoài các thông số sóng w Và v nó bị ảnh hưởng bởi khoảng cách giữa các nguồn D = X 2 - X 1 .
Sự dịch pha xác định biên độ E và tổng sóng .(10.4)
Nếu độ lệch pha tại một điểm nhất định trong không gian là không đổi thì biên độ của dao động tạo ra tại điểm này là không đổi. Tùy theo độ lệch pha j tại thời điểm đó, cường độ ánh sáng sẽ tăng lên ( j = 0, E MỘT = E a1 + E a2), hoặc suy yếu ( j = p, E MỘT = E a1 – E a2). Nếu biên độ bằng nhau E a1 = E a2 và tại j = p, E MỘT = E a1 – E a2 = 0. Đèn tắt hoàn toàn.
2. 
Mô hình can thiệp. Trong trường hợp thực tế, các sóng gấp thường hội tụ với nhau một góc nhất định (Hình 82). Kết quả là tại các điểm khác nhau trong không gian MỘT 1 , MỘT 2 , MỘT 3...độ lệch pha j hóa ra lại khác. Sự phân bố không gian của cường độ ánh sáng xuất hiện dưới dạng các sọc sáng và tối xen kẽ. Đây là cái gọi là mô hình nhiễu.
Hiện tượng cộng các sóng có cùng tần số và độ lệch pha không đổi theo thời gian đủ để quan sát, tại đó xảy ra sự phân bố lại cường độ trong không gian, được gọi là sự can thiệp . Hình giao thoa tương phản nhất khi biên độ của các sóng được thêm vào là như nhau.
3. mạch lạc(từ tiếng Latin cohaerens – trong kết nối) – tính nhất quán về thời gian của một số quá trình dao động hoặc sóng, được biểu hiện khi chúng được cộng lại với nhau. Các nguồn ánh sáng tự nhiên bao gồm một số lượng lớn các nguồn phát sáng và mờ dần hỗn loạn - các nguyên tử và phân tử. Thông qua mỗi điểm của môi trường trong suốt về mặt quang học xung quanh nguồn, các chuỗi sóng phát ra từ các nguyên tử khác nhau và có biên độ, pha và tần số khác nhau lần lượt truyền qua. Vì vậy, về cơ bản là không thể làm cho hai nguồn sáng không phải tia laser kết hợp với nhau.
Có thể thu được các chùm tia kết hợp từ các nguồn tự nhiên bằng cách tách chùm tia từ một nguồn và tạo ra sự dịch pha không đổi giữa chúng. Trong trường hợp này, các tia tự lặp lại ở tất cả các chi tiết và do đó có thể giao thoa lẫn nhau.
Nhưng khi tạo ra sự lệch pha, chúng ta phải nhớ rằng chuỗi sóng phát ra từ một nguyên tử riêng lẻ có phạm vi hữu hạn dọc theo chùm tia. Với thời gian phát xạ là 10 -11 ¸ 10 -8 s, mức này không vượt quá 1 ¸ 3 m. Do đó, chúng ta có thể nói rằng cứ sau 10 -8 s, sóng phát ra bởi dù chỉ một nguyên tử cũng thay đổi.
Nhưng ngay cả một đoàn tàu cũng không phải là một đoạn của hình sin. Pha dao động vectơ E thay đổi liên tục trong suốt thời gian tồn tại của nó. Vì vậy, “đầu” đoàn tàu không ăn khớp với “đuôi” của nó.
Thời gian t, trong đó pha dao động của sóng ánh sáng, được đo tại một điểm không đổi trong không gian, thay đổi bởi P, gọi điện thời gian mạch lạc. Khoảng cách ct, Ở đâu Với- tốc độ ánh sáng đo dọc theo phương truyền sóng gọi là độ dài mạch lạc. Ánh sáng từ các nguồn khác nhau có độ dài kết hợp từ vài micromet đến vài km:
- ánh sáng mặt trời, ct» 1 ¸ 2 µm,
- quang phổ của khí hiếm, ct» 0,1m,
- bức xạ laze, ct» 1 ¸ 2 km.
Để mô tả tính chất kết hợp của sóng trong mặt phẳng vuông góc với hướng truyền của nó, thuật ngữ này được sử dụng sự gắn kết không gian. Nó được xác định bởi diện tích hình tròn có đường kính tôi, tại mọi điểm mà độ lệch pha không vượt quá giá trị P.
Không gian kết hợp tại một nguồn ánh sáng tự nhiên đạt tới thể tích của một hình nón cụt có chiều dài vài micron và đường kính đáy vài mm (Hình 83). Nó tăng theo khoảng cách từ nguồn.
4. 
Xây dựng mô hình giao thoa bằng phương pháp Young. Sơ đồ giao thoa hai chùm tia đầu tiên được đề xuất vào năm 1802 bởi Thomas Young. Ông là người đầu tiên thiết lập rõ ràng các nguyên lý cộng biên độ và giải thích sự giao thoa trong mô hình sóng ánh sáng. Bản chất của kế hoạch của Jung tóm tắt như sau.
Màn chắn E 1 có khe hẹp được lắp đặt bình thường để đón tia từ nguồn sáng tự nhiên S. Khe này đóng vai trò là nguồn sáng điểm S. Lan tỏa từ S Sóng hình trụ kích thích trong khe S 1 và S 2 màn hình E 2 dao động điều hòa. Do đó sóng truyền từ khe S 1 và S 2, khi tương tác, tạo ra vân giao thoa trên màn E 3 dưới dạng hệ sọc song song với các khe (Hình 84).
Mặc dù trong thực tế phương pháp Young không được sử dụng do độ chiếu sáng của màn E 3 thấp nhưng nó thuận tiện cho việc nghiên cứu lý thuyết về giao thoa hai chùm tia nhằm thu được các ước tính định lượng. Để làm điều này, chúng ta hãy trình bày sơ đồ Young ở dạng như trong Hình 85.
Nếu như S 1 và S 2 – các nguồn sáng kết hợp phát ra cùng pha, sau đó đến bất kỳ điểm nào tùy ý MỘT màn hình E 3 sóng sẽ đến với đường đi khác nhau D = tôi 2 – tôi 1. Tin tưởng vào bức tranh MỘT<
Độ chiếu sáng tối đa sẽ ở những điểm trên màn hình trong đó D là số nguyên sóng và độ chiếu sáng tối thiểu sẽ là ở đó D là số nửa sóng lẻ.
|
|
Hình.85, k= 0, 1, 2, 3, (tối đa), (10,5)
, k= 1, 2, 3,(phút), (10.6)
Đây k- số ban nhạc. Ở những góc nhỏ j các sọc cách đều nhau. Khoảng cách giữa các sọc tối liền kề và sọc sáng liền kề là
. (10.7)
Khoảng cách càng nhỏ thì càng lớn. MỘT giữa các nguồn và khoảng cách càng lớn L từ nguồn tới màn hình.
Tại một = 1 mm, L= 1m, Đ y = 0,5×10 –6×1 ç 10 –3 = 0,5 mm đối với tia xanh.
5. Độ tương phản mô hình giao thoa phụ thuộc vào mức độ của nguồn sáng S và mức độ đơn sắc của ánh sáng.
MỘT. Ảnh hưởng của ánh sáng không đơn sắc. Trong trường hợp sóng không đơn sắc giao thoa thì cực đại trên màn đối với các bước sóng khác nhau không trùng nhau. Kết quả là mô hình giao thoa bị mờ. Nó được bôi trơn hoàn toàn khi k thứ cực đại của sóng có chiều dài tôi+D tôi phải k + Sóng tối đa thứ 1 với chiều dài tôi.
Tất cả không gian tối thiểu cho một sóng tôi chiếm cực đại với độ dài từ tôiĐẾN tôi+D tôi.
Tiêu chí đơn sắc giới hạn số lượng dải quan sát được. Ví dụ, đối với ánh sáng mặt trời có tôi từ 0,4 đến 0,8 µm, toàn bộ dải phổ có thể được biểu diễn dưới dạng: tôi = tôi 0±D tôi = 0,6±0,2 µm. Bậc tối đa của vân giao thoa quan sát được k tối đa = tôi 0 /
D tôi = 0,6/
0,2 =
3. Điều này có nghĩa là có thể quan sát được 6 dải màu tối, tương ứng k =–3, –2, –1, +1, +2, +3.
Bằng cách nén dải quang phổ bằng bộ lọc ánh sáng, bạn có thể tăng số lượng và độ tương phản của các dải quan sát được.
b. Ảnh hưởng của chiều dài nguồn.Để chiều rộng khe S bằng b(Hình 86). Đến những vết nứt S 1 và S 2 phát ra cùng pha thì các tia tới mỗi khe từ các điểm khác nhau của nguồn S, có độ lệch đường đi nhỏ D, không quá một phần tư bước sóng. 
. (10.9)
Góc w thường không quá 1°. Do đó, giới hạn về độ rộng khe có thể được viết như sau: . Nhưng w = аç2d, Ở đâu MỘT- khoảng cách giữa các khe S 1 và S 2 , d- khoảng cách từ khe SĐẾN S 1 và S 2. Sau đó b
Tại một = 1 mm, d = 1 mét, tôi = 0,6×10 –6m, b< 0,6×10 –6×1 ç 2×10 –3 = 0,3×10 –3 m = 0,3 mm. Để có được độ tương phản tốt, giá trị này phải giảm thêm 3-4 lần.
6. 
Các phương pháp thực hành để quan sát nhiễu.
MỘT. Gương Fresnel, 1816 (Hình 87). Ánh sáng từ một nguồn được đặt trong một vỏ cách sáng, qua một lỗ trong đó, đi vào dưới dạng chùm tia phân kỳ vào hai gương phẳng. Góc giữa gương Một» 179°.
|
|
Hình.88Ưu điểm của phương pháp là chiếu sáng tốt, nhược điểm là khó điều chỉnh gương trên bàn quang học.
b. lăng kính lưỡng cực Fresnel, 1819 (Hình 88). Ưu điểm - chiếu sáng tốt và dễ điều chỉnh, nhược điểm - cần có lăng kính lưỡng cực đặc biệt, một sản phẩm của ngành quang học.
Đây S 1 và S 2 – ảnh ảo của nguồn sáng S.
V. Bilinza Biye, 1845 (Hình 89). Thấu kính hội tụ hoặc phân kỳ được cắt (tách) dọc theo đường kính và cả hai nửa hơi dịch chuyển ra xa nhau.
Các nửa thấu kính càng được dịch chuyển ra xa nhau thì kiểu giao thoa càng bị nén thì các sọc càng hẹp. Đây S 1 và S 2 – Hình ảnh thực tế của nguồn sáng S.
G. Gương của Lloyd, 1837 (Hình 90). Chùm tia trực tiếp từ nguồn S cản trở chùm tia phản xạ từ gương.
Đây S- khe được chiếu sáng, S 1 – ảnh ảo của nó.
Tính chất sóng của ánh sáng bộc lộ rõ nhất ở sự can thiệp Và sự nhiễu xạ. Những hiện tượng này là đặc trưng của sóng thuộc bất kỳ bản chất nào và tương đối dễ dàng được quan sát bằng thực nghiệm đối với sóng trên mặt nước hoặc đối với sóng âm. Có thể quan sát sự giao thoa và nhiễu xạ của sóng ánh sáng chỉ trong những điều kiện nhất định. Ánh sáng phát ra từ các nguồn thông thường (không phải tia laser) không hoàn toàn đơn sắc. Vì vậy, để quan sát được hiện tượng giao thoa, ánh sáng từ một nguồn phải được chia thành hai chùm tia rồi chồng lên nhau.
Kính hiển vi giao thoa.
Các phương pháp thí nghiệm hiện có để thu được các chùm tia kết hợp từ một chùm ánh sáng đơn lẻ có thể được chia thành hai lớp.
TRONG phương pháp phân chia mặt sóng chẳng hạn, chùm tia được truyền qua hai lỗ cách đều nhau trên một màn chắn mờ (thí nghiệm của Jung). Phương pháp này chỉ phù hợp với kích thước nguồn đủ nhỏ.
Trong một phương pháp khác, chùm tia được chia thành một hoặc nhiều bề mặt phản xạ một phần, truyền một phần. Phương pháp này cách chia biên độ cũng có thể được sử dụng với các nguồn mở rộng. Nó cung cấp cường độ lớn hơn và làm nền tảng cho hoạt động của nhiều loại giao thoa kế. Tùy thuộc vào số lượng chùm tia giao thoa, người ta phân biệt giao thoa kế hai chùm tia và đa chùm tia. Chúng có những ứng dụng thực tế quan trọng trong kỹ thuật, đo lường và quang phổ.
Cho hai sóng có cùng tần số, chồng lên nhau, kích thích dao động cùng hướng tại một điểm nào đó trong không gian:
; 
,
ở đâu dưới x hiểu lực căng điện E và từ tính H trường sóng tuân theo nguyên lý chồng chất (xem đoạn 6).
Biên độ của dao động thu được khi cộng các dao động hướng dọc theo một đường thẳng sẽ được tìm bằng công thức (2.2.2):
Nếu độ lệch pha của dao động,bị kích thích bởi sóng tại một điểm nào đó trong không gian,không đổi theo thời gian nên những sóng đó gọi là mạch lạc.
Trong trường hợp không mạch lạc sóng, độ lệch pha liên tục thay đổi, nhận bất kỳ giá trị nào có xác suất bằng nhau, do đó giá trị trung bình theo thời gian bằng 0 (thay đổi từ –1 đến +1). Đó là lý do tại sao .
Cường độ ánh sáng tỉ lệ với bình phương biên độ: . Từ đó chúng ta có thể kết luận rằng đối với các nguồn không kết hợp, cường độ của sóng thu được là như nhau ở mọi nơi và bằng tổng cường độ được tạo bởi từng sóng riêng biệt:
 .
| (8.1.1) |
Trong trường hợp mạch lạc sóng biển 
(đối với mỗi điểm trong không gian), vì vậy
| . | (8.1.2) |
Thuật ngữ cuối cùng trong biểu thức này 
gọi điện thuật ngữ can thiệp
.
Tại những điểm trong không gian nơi 
, (tối đa), ở đâu 
, cường độ (tối thiểu). Do đó, khi hai (hoặc một số) sóng ánh sáng kết hợp chồng lên nhau, sự phân bố lại theo không gian của luồng ánh sáng xảy ra, dẫn đến cường độ cực đại ở một số nơi và cường độ cực tiểu ở những nơi khác. Hiện tượng này được gọi là sự giao thoa của ánh sáng
.
Một mô hình giao thoa ổn định chỉ thu được bằng cách thêm các sóng kết hợp. Sự không mạch lạc của các nguồn ánh sáng tự nhiên là do bức xạ cơ thể bao gồm các sóng phát ra từ nhiều nguyên tử . Các giai đoạn của mỗi làn sóng không liên quan đến nhau theo bất kỳ cách nào . Nguyên tử phát ra hỗn loạn.
Trình tự định kỳ của các đỉnh và đáy sóng,được hình thành trong quá trình chiếu xạ của một nguyên tử,gọi điện làn sóng hoặc làn sóng.
Quá trình bức xạ của một nguyên tử kéo dài khoảng s. Trong trường hợp này, chiều dài của tàu là .
Khoảng bước sóng phù hợp với một đoàn tàu.
Điều kiện nhiễu tối đa và tối thiểu
Giả sử sự phân tách thành hai sóng kết hợp xảy ra tại điểm VỀ(Hình 8.1).
Đến mức R sóng thứ nhất truyền trong môi trường có chiết suất khoảng cách và sóng thứ hai truyền trong môi trường có chiết suất khoảng cách . Nếu tại thời điểm VỀ pha dao động () thì sóng thứ nhất kích thích tại điểm R do dự
, và thứ hai 
,