Interferencja światła

Ponieważ światło ma naturę falową, powinny dla światła zachodzić zjawiska związane z naturą fal i tak rzeczywiście się dzieje. Jednym z takich zjawisk jest interferencja fal.

To zjawisko polega na nakładaniu się kilku fal o tej samej częstotliwości na siebie, w wyniku czego amplituda fali wypadkowej rośnie lub maleje w różnych punktach przestrzeni, w zależności od różnicy faz fal składowych. W przypadku światła efekt polega na tym, że w pewnych punktach przestrzeni robi się zwyczajnie ciemno (fale wygaszają się), a w innych jasno (fale wzmacniają się). Powstają tak zwane prążki interferencyjne. Tak, dwa nakładające się na siebie źródła światła mogą się wygasić wzajemnie w pewnych miejscach!

Doświadczenie Younga

Doświadczenie Younga ilustruje poniższy rysunek.

Za źródłem światła znajduje się ekran z jednym otworem. Zgodnie z zasadą Huygensa otwór ten można potraktować jako źródło fal cząstkowych kulistych o takiej samej częstotliwości jak częstotliwość światła padającego.

Fala kulista pada na kolejny ekran, tym razem z dwoma otworami, położonymi blisko siebie. Otwory te stają się źródłem dwóch fal kulistych o tych samych długościach fali. Fale te nakładają się na siebie i, zgodnie z oczekiwaniami falowej teorii, na ekranie zamiast zobaczyć obraz dwóch otworków, otrzymujemy jasne i ciemne prążki.

Doświadczenie Younga jest jednym z dowodów na to, że światło ma naturę falową. Doświadczenie to Thomas Young wykonał w 1801 roku.

Prążki mają swoje nazwy. Prążek na wprost ekranu ze szczelinami, który powstaje zawsze w tym miejscu, niezależnie od tego jaką długość fali ma źródło światła to tak zwany prążek zerowego rzędu.

Kolejne maksima n-tego rzędu i minima n-tego rzędu powstają w pewnej odległości od prążka zerowego rzędu i wyznaczają katy ugięcia w stosunku do kierunku prostopadłego do ekranu ze szczelinami.

Wzory

Wzory na kąty ugięcia w doświadczeniu Younga są następujące:

Kąt ugięcia, dla którego na ekranie powstaje maksimum n-tego rzędu wyraża wzór:

$n\lambda=d\sin{\alpha_n}$

Kąt ugięcia, dla którego na ekranie powstaje minimum n-tego rzędu wyraża wzór:

$(n+\frac{1}{2})\lambda=d\sin{\alpha_n}$

gdzie:

n - kolejne liczby 0, 1, 2, 3, ..., oznaczające rząd minimum lub maksimum interferencyjnego;
λ - długość fali światła;
d - odległość między szczelinami;
α_n - kąt ugięcia prążka n-tego rzędu.

Oto jak wygląda przykładowy obraz interferencyjny w rzeczywistości dla źródła światła, jakim jest laser.