干渉パターン。 最大値と最小値の規約

干渉パターン - それは、互いに位相または位相外れであるの光線によって引き起こされる明暗の縞です。 適用された場合、それらの位相が（増加または減少の方向に）一致する場合光波などが追加される、またはそれらが逆位相である場合、それらは互いに打ち消し合います。 これらの現象は、それぞれ、建設的かつ破壊的な干渉と呼ばれています。 同じ波長を有する全てが単色放射線のビームは、2つの狭いスリットを通過した場合（実験は最初、彼のおかげで結論光の波動性に来たトマス・ヤング、英語の科学者によって1801年に行われた）、結果として得られるビームの2つを向けることができます明るい領域と暗い領域の均一交番パターン - の代わりに2つの重複スポットのフラットスクリーン上に干渉縞が形成されています。 この現象は、例えば、全ての光学干渉計において、使用されています。

重ね合わせ

重畳波の挙動を記述する波の重ね合わせの定義特性。 その原理は、重畳された二つの波の空間に、得られた外乱が個々の外乱の代数和に等しいという事実にあります。 時には大きな摂動では、このルールが破られます。 この単純な挙動は、干渉現象と呼ばれているエフェクトの数につながります。

干渉の現象は、両極端を特徴とします。 二つの波が建設的最大値が一致し、それらが互いに同相です。 重ね合わせの結果は、乱れの強化です。 得られた混合波の振幅は、個々の振幅の和に等しいです。 逆に、1波の最大での破壊的干渉が第2の最小と一致する - それらは反対です。 合成波の振幅は、その構成部品の振幅の差に等しいです。 それらが等しい場合には、完全に弱め合う干渉であり、全媒体の摂動はゼロです。

ヤングの実験

二つのソースの干渉パターンは明確重複波の存在を示します。 トーマス・ヤング その光を提案-重ね合わせの原理に従う波を。 彼の有名な業績は、建設的かつ破壊的なの実証実験した 光の干渉 1801年の自然のヤングの実験の現代版は、コヒーレント光源を使用する点のみが異なります。 レーザは均一、不透明な表面に2つの平行なスリットを照明します。 それらを通過する光、リモート画面があります。 スリット間の幅が波長よりも著しく大きい場合には、幾何光学の法則を観察 - 画面上の2つの照射領域を見ました。 しかしながら、スリットのアプローチは、光を回折し、画面上の波が互いに重畳されます。 回折は、光の波動性の結果、この効果のさらに別の例そのものです。

干渉パターン

重ね合わせの原理を照射画面上に得られた強度分布を決定します。 画面へのスリットから路差が波長の整数（0、λ、2λ、...）に等しいとき、干渉パターンが発生します この違いは、高値が同時に来ることを保証します。 破壊的な干渉が発生したときに半分だけオフセット波長の整数倍に等しい光路差（λ/ 2、3λ/ 2、...）。 ユングは、重ね合わせが等間隔バンド又は破壊的完全暗い領域によって分離された建設的干渉の領域に対応する高輝度領域の一連につながることを示すために、幾何学的な引数を使用します。

穴の間隔

二つのスリットを有する重要なパラメータの幾何学的形状は、光の波長λ及びDの穴の間の距離の比です。 λ/ dが1よりはるかに小さい場合、バンド間の距離が小さいと重複効果が観察されないであろう。 近接したスリットを用いて、ユングは、明るい領域と暗い領域を分割することができました。 従って、彼は、可視光色の波長を決定しました。 これらの効果は、特定の条件下でのみ観察されている理由を彼らの非常に小さい値は説明しています。 建設的及び破壊的干渉の領域を分割し、光波のソースとの間の距離は非常に小さくなければなりません。

波長

干渉効果の観察は、二つの他の理由のために困難です。 ほとんどの光源はストライプ間の間隔でそれぞれ、お互いに重畳多重干渉パターンが形成される、連続した波長スペクトルを放出します。 これは、完全な暗闇の領域として最も顕著な効果を排除します。

一貫

その干渉は長期間にわたって観察することができ、コヒーレント光源を使用することが必要です。 これは、放射線源は、一定の位相関係を維持しなければならないことを意味します。 例えば、同じ周波数の2次高調波が常に空間内の各点に固定された位相関係を有する - 相または逆相で、またはいくつかの中間状態のいずれか。 しかし、光源のほとんどは、真の高調波を放射します。 その代わりに、彼らは、ランダムな位相変化が毎秒数百万回発生した光を、発します。 このような放射線は支離滅裂と呼ばれています。

理想的なソース - レーザー

2つのインコヒーレント光源の空間に波を重畳したときに干渉が依然として観察されるが、干渉パターンがランダムな位相シフトと共に、ランダムに変化します。 光センサは、 目を含む、急速に変化する画像を登録することができず、時間の平均強度。 レーザビームは、ほぼ単色（M。E.が単一の波長からなる）と高度にあります。 これは、干渉効果を観察するための理想的な光源です。

周波数の決意

可視光の測定波長のユング1802の後に、そのおおよその周波数を算出する時に利用可能な光の十分に正確な速度と相関させることができます。 例えば、緑色光は、約6×10 ¹⁴ヘルツに等しいです。 これは、周波数よりも高い桁違いである機械的振動の。 比較のために、人は2×4月^10日のヘルツまでの周波数の音を聞くことができます。 正確には何割合で変化することは、まだ次の60年間の謎のまま。

薄膜における干渉

観察された効果は、トーマス・ヤングによって使用される二重のスリット形状に限定されるものではありません。 波長と同程度の距離で分離された2つの面からの光線の反射と屈折がある場合、干渉は、薄膜で起こります。 表面間のフィルムの役割は、真空、空気、液体、または任意の透明固形体を果たし得ます。 可視光の干渉効果は、数マイクロメートルの大きさによって制限されます。 全てのフィルムの既知の例は、バブルです。 一方は表面から反射され、第二される - - 背面に光がそこから反射され、二つの波の重ね合わせです。 これらは空間的に重複し、お互いに加えました。 石鹸膜の厚さに応じて、2つの波が建設的または破壊的に相互作用することができます。 干渉パターンの完全な計算は、建設的干渉がλ/ 4の膜厚について観察される波長λ、3λ/ 4の光、5λ/ 4、等、及び破壊のためにことを示している - ..λに/ 2、λ、3λ/ 2、...

計算式

干渉現象は、多くの用途だったので、それに関連する基本的な方程式を理解することが重要です。 以下の式は、その2つの最も一般的なケースについて、干渉に関連する種々の値の計算を可能にします。

位置ライトストリップ ヤングの実験は、 ..強め合う干渉とIEの部位は、式を用いて算出することができる：yは_光です。 =（ΛL/ D）M、λ - 波長。 M = 1、2、3、...。 D - スリットの間の距離; L - ターゲットまでの距離。

破壊的な相互作用の領域はによって与えられ、すなわち、..場所暗いバンド、：Yは_{暗いです。} =（ΛL/ D）（M + 1/2）。

薄膜に - - 他種の干渉のために建設的又は破壊的な重ね合わせの存在は、膜厚と屈折率に依存する反射波の位相シフトを決定します。 最初の式は、このようなシフトが存在しない場合、及び第二の説明 - 半波長のシフトを。

2NT =mλ。

2NT =（M + 1/2）λ。

ここで、λ - 波長。 M = 1、2、3、...。 T - フィルムにトラバースされる経路、 n - で屈折率。

自然の中で観察

太陽が気泡を照らすときに、異なる波長が破壊的な干渉を受けると反射から除去されるので、あなたは、明るい色のストライプを見ることができます。 残りの反射光が補色除去として現れます。 相殺的干渉の結果が存在しない赤色成分であるような場合、例えば、反射は青色であろう。 水に対する油の薄膜は、同様の効果を奏します。 自然界では、クジャクとハチドリ、およびいくつかのカブトムシの殻を含むいくつかの鳥の羽を使用すると、視野角を変更する際に色を変化させながら、明るく表示されます。 ここでの光物性は、ロッドを反映薄い層状構造または配列からの反射光の波の干渉です。 同様に真珠シェルは、真珠の複数の層からの反射の重ね合わせによる虹彩です。 例えばオパールなどの宝石は、微細球状粒子によって形成された規則的な構造からの光の散乱による美しい干渉パターンを示します。

アプリケーション

日常生活の中で光の干渉現象の多くの技術のアプリケーションがあります。 彼らは物理学のカメラ光学系をベースとしています。 通常のレンズの反射防止コーティングは、薄膜です。 その厚さと光線の屈折は、それほど反射された可視光の相殺的干渉を生成するように選択されます。 従って狭い波長範囲内の放射のみを通過させるためのものであり、薄膜の複数の層からなるより特殊コーティングはフィルタとして使用されます。 多層コーティングはまた、天体望遠鏡のミラーの反射率ならびに光のレーザ共振器を増加させるために使用されます。 干渉 - 相対距離の小さな変化を登録するために使用される正確な測定方法は、 - 反射された光によって生成される明暗のバンドのシフトの観察に基づいています。 例えば、干渉パターンがどのように変化するかの測定は、光波長ローブ内の光学部品の表面の曲率を設定することを可能にします。