Modelet e ndërhyrjes janë breza të lehta ose të errëta që shkaktohen nga rrezet që janë në fazë ose jashtë faze me njëri-tjetrin. Kur mbivendosen, valët e dritës dhe të ngjashme shtohen nëse fazat e tyre përkojnë (si në drejtim të rritjes ashtu edhe në ulje), ose ato kompensojnë njëra-tjetrën nëse janë në antifazë. Këto dukuri quhen përkatësisht ndërhyrje konstruktive dhe shkatërruese. Nëse një rreze rrezatimi monokromatik, që të gjithë kanë të njëjtën gjatësi vale, kalon nëpër dy çarje të ngushta (eksperimenti u krye për herë të parë në 1801 nga Thomas Young, një shkencëtar anglez, i cili falë tij arriti në përfundimin për natyrën e valës. e dritës), dy rrezet që rezultojnë mund të drejtohen në një ekran të sheshtë, në të cilin, në vend të dy pikave të mbivendosura, formohen skajet e ndërhyrjes - një model i zonave të dritës dhe të errëta të alternuara në mënyrë të barabartë. Ky fenomen përdoret, për shembull, në të gjithë interferometrat optikë.
Superpozicioni
Karakteristika përcaktuese e të gjitha valëve është mbivendosja, e cila përshkruan sjelljen e valëve të mbivendosura. Parimi i tij është se kur është në hapësirëNëse mbivendosen më shumë se dy valë, atëherë shqetësimi që rezulton është i barabartë me shumën algjebrike të shqetësimeve individuale. Ndonjëherë ky rregull shkelet për shqetësime të mëdha. Kjo sjellje e thjeshtë çon në një sërë efektesh të quajtura fenomene të ndërhyrjes.
Fenomeni i interferencës karakterizohet nga dy raste ekstreme. Në maksimumin konstruktiv të dy valëve përkojnë, dhe ato janë në fazë me njëra-tjetrën. Rezultati i mbivendosjes së tyre është një rritje në efektin shqetësues. Amplituda e valës së përzier që rezulton është e barabartë me shumën e amplitudave individuale. Dhe, anasjelltas, në ndërhyrje shkatërruese, maksimumi i një vale përkon me minimumin e së dytës - ato janë në antifazë. Amplituda e valës së kombinuar është e barabartë me diferencën midis amplitudave të pjesëve përbërëse të saj. Në rastin kur ato janë të barabarta, ndërhyrja shkatërruese është e plotë dhe shqetësimi total i mediumit është zero.
Eksperimenti i Jung
Modeli i ndërhyrjes nga dy burime tregon qartë praninë e valëve të mbivendosura. Thomas Jung sugjeroi se drita është një valë që i bindet parimit të mbivendosjes. Arritja e tij e famshme eksperimentale ishte demonstrimi i ndërhyrjes konstruktive dhe shkatërruese të dritës në 1801. Versioni modern i eksperimentit të Young ndryshon në thelb vetëm në atë që përdor burime koherente drite. Lazeri ndriçon në mënyrë uniforme dy të çara paralele në një sipërfaqe të errët. Drita që kalon nëpër to vërehet në një ekran të largët. Kur gjerësia ndërmjet lojërave elektronike është shumë më e madhe segjatësia e valës, respektohen rregullat e optikës gjeometrike - dy zona të ndriçuara janë të dukshme në ekran. Megjithatë, ndërsa çarjet i afrohen njëra-tjetrës, drita difraktohet dhe valët në ekran mbivendosen me njëra-tjetrën. Vetë difraksioni është pasojë e natyrës valore të dritës dhe është një shembull tjetër i këtij efekti.
Model i ndërhyrjes
Parimi i mbivendosjes përcakton shpërndarjen e intensitetit që rezulton në ekranin e ndriçuar. Një model interference ndodh kur diferenca e rrugës nga çarja në ekran është e barabartë me një numër të plotë të gjatësive valore (0, λ, 2λ, …). Ky ndryshim siguron që lartësitë të arrijnë në të njëjtën kohë. Ndërhyrja shkatërruese ndodh kur diferenca e rrugës është një numër i plotë i gjatësive valore të zhvendosura përgjysmë (λ/2, 3λ/2, …). Jung përdori argumente gjeometrike për të treguar se mbivendosja rezulton në një seri skajesh të ndara në mënyrë të barabartë ose njolla me intensitet të lartë që korrespondojnë me zonat e ndërhyrjes konstruktive të ndara nga pjesë të errëta të ndërhyrjes totale shkatërruese.
Distanca midis vrimave
Një parametër i rëndësishëm i gjeometrisë me dy çarje është raporti i gjatësisë së valës së dritës λ me distancën midis vrimave d. Nëse λ/d është shumë më pak se 1, atëherë distanca midis skajeve do të jetë e vogël dhe nuk do të vërehen efekte mbivendosjeje. Duke përdorur të çara të ndara ngushtë, Jung ishte në gjendje të ndante zonat e errëta dhe të lehta. Kështu, ai përcaktoi gjatësitë e valëve të ngjyrave të dritës së dukshme. Madhësia e tyre jashtëzakonisht e vogël shpjegon pse këto efekte vërehen vetëmnë kushte të caktuara. Për të ndarë zonat e ndërhyrjes konstruktive dhe shkatërruese, distancat midis burimeve të valëve të dritës duhet të jenë shumë të vogla.
Gjatesia valore
Vëzhgimi i efekteve të ndërhyrjes është sfidues për dy arsye të tjera. Shumica e burimeve të dritës lëshojnë një spektër të vazhdueshëm të gjatësive valore, duke rezultuar në modele të shumëfishta interferencash të mbivendosura mbi njëra-tjetrën, secila me hapësirën e vet midis skajeve. Kjo anulon efektet më të theksuara, siç janë zonat e errësirës totale.
Koherencë
Në mënyrë që interferenca të vëzhgohet për një periudhë të gjatë kohore, duhet të përdoren burime koherente drite. Kjo do të thotë që burimet e rrezatimit duhet të mbajnë një marrëdhënie konstante fazore. Për shembull, dy valë harmonike me të njëjtën frekuencë kanë gjithmonë një marrëdhënie fikse fazore në secilën pikë të hapësirës - qoftë në fazë, ose në antifazë, ose në një gjendje të ndërmjetme. Megjithatë, shumica e burimeve të dritës nuk lëshojnë valë të vërteta harmonike. Në vend të kësaj, ato lëshojnë dritë në të cilën ndryshimet e rastësishme të fazës ndodhin miliona herë në sekondë. Një rrezatim i tillë quhet jokoherent.
Burimi ideal është një lazer
Ndërhyrja ende vërehet kur valët e dy burimeve jokoherente mbivendosen në hapësirë, por modelet e ndërhyrjeve ndryshojnë rastësisht, së bashku me një zhvendosje të rastësishme të fazës. Sensorët e dritës, duke përfshirë sytë, nuk mund të regjistrohen shpejtndryshimi i imazhit, por vetëm intensiteti mesatar i kohës. Rrezja e lazerit është pothuajse monokromatike (d.m.th., përbëhet nga një gjatësi vale) dhe shumë koherente. Është një burim ideal drite për vëzhgimin e efekteve të ndërhyrjes.
Zbulimi i frekuencës
Pas 1802, gjatësitë valore të matura të dritës së dukshme nga Jung mund të lidhen me shpejtësinë e pamjaftueshme të saktë të dritës në dispozicion në atë kohë për të përafruar frekuencën e saj. Për shembull, për dritën jeshile është rreth 6×1014 Hz. Kjo është shumë renditje të madhësisë më e lartë se frekuenca e dridhjeve mekanike. Në krahasim, një njeri mund të dëgjojë tinguj me frekuenca deri në 2×104 Hz. Çfarë luhatej saktësisht me një ritëm të tillë mbeti mister për 60 vitet e ardhshme.
Ndërhyrje në shtresat e holla
Efektet e vëzhguara nuk janë të kufizuara në gjeometrinë e çarjes së dyfishtë të përdorur nga Thomas Young. Kur rrezet reflektohen dhe përthyhen nga dy sipërfaqe të ndara nga një distancë e krahasueshme me gjatësinë e valës, ndërhyrja ndodh në filmat e hollë. Roli i filmit midis sipërfaqeve mund të luhet nga vakum, ajri, çdo lëng transparent ose lëndë e ngurtë. Në dritën e dukshme, efektet e ndërhyrjes janë të kufizuara në dimensione të rendit të disa mikrometrave. Një shembull i njohur i një filmi është një flluskë sapuni. Drita e reflektuar prej saj është një mbivendosje e dy valëve - njëra reflektohet nga sipërfaqja e përparme, dhe e dyta - nga mbrapa. Ata mbivendosen në hapësirë dhe grumbullohen me njëri-tjetrin. Në varësi të trashësisë së sapunitfilma, dy valë mund të ndërveprojnë në mënyrë konstruktive ose shkatërruese. Një llogaritje e plotë e modelit të interferencës tregon se për dritën me një gjatësi vale λ, ndërhyrja konstruktive vërehet për një trashësi filmi λ/4, 3λ/4, 5λ/4, etj., dhe ndërhyrje destruktive vërehet për λ/2, λ, 3λ/ 2, …
Formulat për llogaritjen
Fenomeni i interferencës ka shumë përdorime, prandaj është e rëndësishme të kuptohen ekuacionet bazë të përfshira. Formulat e mëposhtme ju lejojnë të llogaritni sasi të ndryshme të lidhura me ndërhyrje për dy rastet më të zakonshme të ndërhyrjeve.
Vendndodhja e skajeve të shndritshme në eksperimentin e Young, d.m.th. zonat me ndërhyrje konstruktive, mund të llogaritet duke përdorur shprehjen: ybright.=(λL/d)m, ku λ është gjatësia e valës; m=1, 2, 3, …; d është distanca midis sloteve; L është distanca nga objektivi.
Vendndodhja e brezave të errët, d.m.th. zonave të ndërveprimit shkatërrues, përcaktohet nga formula: yerrë.=(λL/d)(m+1/2).
Për një lloj tjetër ndërhyrjeje - në filmat e hollë - prania e një mbivendosjeje konstruktive ose shkatërruese përcakton zhvendosjen fazore të valëve të reflektuara, e cila varet nga trashësia e filmit dhe indeksi i thyerjes së tij. Ekuacioni i parë përshkruan rastin e mungesës së një zhvendosjeje të tillë, dhe i dyti përshkruan një zhvendosje gjysmë të gjatësisë valore:
2nt=mλ;
2nt=(m+1/2) λ.
Këtu λ është gjatësia e valës; m=1, 2, 3, …; t është rruga e përshkuar në film; n është indeksi i thyerjes.
Vëzhgim në natyrë
Kur dielli shkëlqen mbi një flluskë sapuni, shiritat me ngjyra të ndezura mund të shihen pasi gjatësi vale të ndryshme i nënshtrohen ndërhyrjeve shkatërruese dhe hiqen nga reflektimi. Drita e mbetur e reflektuar duket si plotësuese e ngjyrave të largëta. Për shembull, nëse nuk ka asnjë përbërës të kuq si rezultat i ndërhyrjes shkatërruese, atëherë reflektimi do të jetë blu. Filmat e hollë të vajit në ujë prodhojnë një efekt të ngjashëm. Në natyrë, pendët e disa zogjve, duke përfshirë pallonj dhe kolibra, dhe guaskat e disa brumbujve duken të ylbertë, por ndryshojnë ngjyrën kur ndryshon këndi i shikimit. Fizika e optikës këtu është ndërhyrja e valëve të dritës së reflektuar nga struktura me shtresa të hollë ose grupe shufrash reflektuese. Në mënyrë të ngjashme, perlat dhe guacat kanë një iris, falë mbivendosjes së reflektimeve nga disa shtresa të perlës. Gurët e çmuar si opali shfaqin modele të bukura ndërhyrjeje për shkak të shpërndarjes së dritës nga modelet e rregullta të formuara nga grimcat sferike mikroskopike.
Aplikacion
Ka shumë aplikime teknologjike të fenomeneve të ndërhyrjes së dritës në jetën e përditshme. Mbi to bazohet fizika e optikës së kamerës. Veshja e zakonshme antireflektuese e lenteve është një film i hollë. Trashësia dhe thyerja e tij janë zgjedhur për të prodhuar ndërhyrje shkatërruese të dritës së dukshme të reflektuar. Veshje më të specializuara që përbëhen ngadisa shtresa filmash të hollë janë krijuar për të transmetuar rrezatimin vetëm në një gamë të ngushtë të gjatësisë valore dhe, për këtë arsye, përdoren si filtra të dritës. Veshjet me shumë shtresa përdoren gjithashtu për të rritur reflektueshmërinë e pasqyrave të teleskopit astronomik, si dhe zgavrat optike me lazer. Interferometria - metoda të sakta matëse të përdorura për të zbuluar ndryshime të vogla në distanca relative - bazohet në vëzhgimin e zhvendosjeve në brezat e errët dhe të lehta të krijuara nga drita e reflektuar. Për shembull, matja se si do të ndryshojë modeli i ndërhyrjes ju lejon të përcaktoni lakimin e sipërfaqeve të komponentëve optikë në fraksione të gjatësisë valore optike.
