Что такое деструктивная интерференция волн

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ, взаимодействие двух или более волн, например, звуковых или световых, в результате чего создаются помехи. Лучи полностью или частично усиливают или ослабляют друг друга, приводя к искажениям. Конструктивная интерференция — это усиление волнового движения, когда интерферирующие волны находятся в фазе. Деструктивная интерференция происходит, когда две волны не совпадают по фазе и ослабляют друг друга. Интерференцию светового излучения ЛАЗЕРА используют в ГОЛОГРАФИИ для создания голографических изображений.

Научно-технический энциклопедический словарь .

Синонимы:

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ВОЛН
ИНТЕРФЕРОМЕТР

Смотреть что такое «ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ» в других словарях:

интерференция — интерференция … Орфографический словарь-справочник
Интерференция — Интерференция: Интерференция (физика) изменение в характере звуковых, тепловых, световых и электрических явлений, объясняемое колебательным движением: в первом случае частиц звучащего тела, в остальных трех колебанием. Интерференция… … Википедия
интерференция — (от лат. inter между, ferens (ferentis) несущий) ухудшение сохранения запоминаемого материала в результате воздействия (наложения) другого материала, с которым оперирует субъект. И. изучается в контексте исследований памяти, процессов научения (в … Большая психологическая энциклопедия
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ — (ново лат., от лат. inter между, и fero несу), взаимодействие световых, звуковых в др. волн. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ [ Словарь иностранных слов русского языка
интерференция — влияние, радиоинтерференция, наложение Словарь русских синонимов. интерференция сущ., кол во синонимов: 3 • влияние (17) • … Словарь синонимов
интерференция — интерференция. См. интерференция хиазм. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.
интерференция — и, ж. interférence, нем. Interferenz <лат. inter между + ferens ( ferentis несущий. физ. Явление взаимодействия звуковых, световых или иных волн, исходящих из разных источников. Цветное фотографирование основано на интерференции. Уш. 1934.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
Интерференция — (от лат. inter взаимно, между собой и ferio ударяю, поражаю) взаимоподавление одновременно осуществляющихся процессов, прежде всего относящихся к познавательной сфере, обусловленное ограниченным объемом распределяемого внимания … Психологический словарь
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ — [тэ], интеференции, жен. (франц. interference) (физ.). Явление взаимодействия звуковых, световых или иных волн, исходящих из разных источников. Цветное фотографирование основано на интерференции. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ — (Interference) явление сложения двух волн, при котором они либо усиливают, либо ослабляют (или совсем уничтожают) друг друга, в зависимости от соотношения между фазами колебаний, с которыми приходит в данную точку каждая из волн. Взаимное… … Морской словарь

Интерференция очень кратко

Свет не сгибается в линзе, не отскакивает от поверхности стекла, и не расходится волнами после прохождения через небольшое отверстие. Он даже не движется по прямой. Самый счастливый день моей научной жизни настал, когда я прочёл «КЭД» Фейнмана и узнал, что преломление, отражение и дифракция – вещи, которые я знал с пятого класса – были ложью. Точнее, они были иллюзиями. Выглядит так, что свет изгибается, отскакивает и расходится. Иллюзия настолько хороша, что на ней можно основывать достоверные математические предсказания происходящего, но тщательное осмысление и дальнейшие эксперименты показывают, что тут творится нечто более сложное. Итак, откуда берутся все те эффекты, которые мы видим – отражения, преломление, цвета в мыльных пузырях? Они происходят из того факта, что фотоны взаимодействуют друг с другом странным образом. Это взаимодействие часто понимают в терминах интерференции волн, поскольку математически его можно описать так же, как интерференцию волн воды, но в реальности оно изрядно страннее. Странности обсуждается более подробно в последней главе, но намек на них можно увидеть хотя бы в том факте, что фотоны интерферируют друг с другом, даже если они испускаются по одному за раз, что волны воды, очевидно, не делают. Но для этой и следующей главы, всё же лучше всего рассматривать рассеянные фотоны как расходящиеся сферические электромагнитные волны, обладающие амплитудой (напряженностью поля) и фазой (положением волны в своем цикле изменения электрического поля), и исходящие из каждой небольшой частицы материала, через которую проходит свет (см. КЭД для изящного объяснения всего этого на языке фотонов). Прежде чем мы начнем, я хочу пояснить, что моё представление является в упрощенной формой. Пунктирование i и конверсия t включают комплексный анализ. В этом случае «комплексный» относится к комплексным числам, хотя анализ может быть и сложным в обычном смысле. Моя цель здесь – продемонстрировать основные идеи, чтобы вы могли увидеть лежащее в основе широкого спектра явлений единство, и ещё больше оценить некоторые трюки, которые животные делают со светом. До этой главы (и для большинства последующих глав) мы складывали свет, как мы складываем большинство вещей — 1 + 1 = 2. Более конкретно, если облучённость каждого из двух монохроматических лучей, падающих на одну и ту же точку, равнялась A, то суммарная облучённость точки составляла 2A. Однако у волны внутри каждого луча есть фаза. Если учитывать фазы, общее мгновенное электрическое поле в месте, где встречаются волны:

`E = a \ cos ( t ) + a \ cos ( t + phi )` 6.1

где a — амплитуда каждой волны (максимальная для электрического поля), t — время, φ — разность фаз между двумя волнами. Для ясности я установил частоту обеих волн на единицу и установил время так, чтобы фаза первой волны была равна нулю при нулевом времени. Я также предположил, что электрическое поле является скалярным вместо векторного. Все это влияет на детали расчетов, но не на общие приводимые мной аргументы. Никакой глаз или реальное устройство не может измерить мгновенное электрическое поле на частотах видимого света. Вместо этого видимая/обнаруживаемая нами облучённость пропорциональна среднему значению квадрата полного электрического поля на протяжении многих циклов. Я обещал избегать большого количества математики, поэтому собираюсь пропустить запутанный интеграл, который даст вам усредненное значение освещенности в этом случае. Вместо этого я хотел бы, чтобы вы отметили, что происходит с мгновенным электрическим полем при определенных значениях относительной разности фаз φ. Если разность фаз равна 0, 360°, или любой, кратной 360°, тогда интенсивность суммы двух электрических полей всегда вдвое превышает интенсивность каждого отдельного электрического поля. В частности, это означает, что суммарная амплитуда (максимальная для электрического поля за один цикл) также вдвое больше, чем у каждой волны. Поскольку измеряемая облучённость пропорциональна квадрату этой амплитуды, комбинация повышает облучённость в четыре раза. Другими словами, 1 + 1 = 4. Это называется «конструктивной интерференцией». Если разность фаз составляет 180°, или на 180° больше любого кратного 360° числа (например, 540°, 900°), тогда значение электрического поля одной волны всегда является абсолютно противоположным значению поля другой волны и, следовательно, их сумма всегда равна нулю. Таким образом, вы не обнаружите никакого света вообще и 1 + 1 = 0. Это называется «деструктивная интерференция».

Примечание переводчика

Как насчет других возможных разностей фаз? Когда вы переходите в разностях фаз от 0° до 180° (как с умножением на 360°, так и без такового), измеренная облучённость плавно уменьшается от четырёхкратной облучённости любого луча до 0. От 180° до 360° измеренная облучённость снова возвращается к четырёхкратной облучённости. Если два луча начинаются с одной и той же фазы (например, один лазерный луч, разделённый на два с помощью светоделителя), то когда они встречаются снова (если встречаются) их относительные фазы зависят от того, насколько большим было пройденное лучами расстояние. Фазы также будут зависеть от того, через что проходили два луча, поскольку, как мы обсуждали в главе 2, длина волны луча света зависит от показателя преломления среды, в которой она движется. Это волновая интерференция в двух словах. Обратите внимание, что ни конструктивная, ни деструктивная интерференция не создает или не разрушает свет, что было бы нарушением закона сохранения энергии. Вместо этого вы можете думать об интерференции как об изменении места обнаружения света. Общее количество света остается неизменным. Вы скорее всего видели интерференционные полосы в кабинете физики средней школы, обычно демонстрируемые с помощью лазерного луча, проходящего через небольшую вертикальную щель. Вам, возможно, также сказали, что видимые вами цвета нефтяных пятен, мыльных пузырей, радужных перьев и крыльев бабочек вызваны интерференцией. Это правда, но у большинства людей остаётся впечатление, что интерференция является ограниченным явлением, которое обнаруживается только тогда, когда монохроматический свет взаимодействует со специальными структурами. Однако интерференция лежит в основе многих важных явлений. Без неё линзы не будут фокусироваться, оконное стекло и тихие пруды не будут отражать свет, а океан и внутренность нашего глаза будут такими же непрозрачными, как молоко. ← Предыдущая страница ❋ Следующая страница →

Интерференция волн — Wave interference

Феномен Интерференция двух волн. Когда находится в фазе, две нижние волны создают конструктивную интерференцию (слева), в результате чего возникает волна большей амплитуды. Когда 180 ° не совпадают по фазе, они создают деструктивную интерференцию (справа).

В физике интерференция является явлением в какие две волны накладывают, чтобы сформировать результирующую волну большей, меньшей или такой же амплитуды. Конструктивная и деструктивная интерференция возникает в результате взаимодействия волн, которые коррелированы или когерентны друг с другом, либо потому, что они исходят из одного источника, либо потому, что они имеют одинаковую или почти одинаковую частоту. Эффекты интерференции могут наблюдаться со всеми типами волн, например, световыми, радио, акустическими, поверхностными водными волнами, гравитационные волны или волны материи. Полученные изображения или графики называются интерферограммами .

1 Механизмы
- 1.1 Получение
- 1.2 Между двумя плоскими волнами
- 1.3 Между двумя сферическими волнами
- 1.4 Несколько лучей
- 2.1 Требования к источнику света
- 2.2 Оптические устройства
- 3.1 Оптическая интерферометрия
- 3.2 Радиоинтерферометрия
- 3.3 Акустическая интерферометрия
Механизмы

Интерференция левой бегущей (зеленой) и правой бегущей (синие) волн в одном измерении, приводящая к окончательной (красной) волне Интерференция волн из двух точечных источников. Воспроизвести медиа Обрезанная анимация томографического сканирования интерференции лазерного света, проходящей через два точечных отверстия (боковые края).

Принцип суперпозиции волн гласит, что когда две или большее количество распространяющихся волн одного и того же типа падает на одну и ту же точку, результирующая амплитуда в этой точке равна векторная сумма амплитуд отдельных волн. Если гребень волны встречается с гребнем другой волны той же частоты в той же точке, то амплитуда является суммой отдельных амплитуд — это конструктивная интерференция. Если вершина одной волны встречает впадину другой волны, то амплитуда равна разнице индивидуальных амплитуд — это называется деструктивной интерференцией.

Увеличенное изображение цветной интерференционной картины на мыльной пленке. «Черные дыры» — это области почти полной деструктивной интерференции (противофаза).

Конструктивная интерференция возникает, когда фазовая разность между волнами составляет даже кратное π (180 °), тогда как деструктивная интерференция возникает, когда разность составляет нечетное кратное числа π. Если разница между фазами является промежуточной между этими двумя крайностями, то величина смещения суммированных волн находится между минимальным и максимальным значениями.

Рассмотрим, например, что происходит, когда два одинаковых камня падают в стоячий бассейн с водой в разных местах. Каждый камень генерирует круговую волну, распространяющуюся наружу от места падения камня. Когда две волны перекрываются, чистое смещение в определенной точке является суммой смещений отдельных волн. В некоторые моменты они будут совпадать по фазе и производить максимальное смещение. В других местах волны будут в противофазе, и в этих точках не будет чистого смещения. Таким образом, части поверхности будут неподвижными — они видны на рисунке вверху и справа как стационарные сине-зеленые линии, расходящиеся от центра.

Световая интерференция — обычное явление, которое классически можно объяснить суперпозицией волн, однако более глубокое понимание световой интерференции требует знания дуальности волны-частицы света, которая возникает из-за квантовая механика. Яркими примерами световой интерференции являются знаменитый эксперимент с двумя щелями, лазерные спеклы, антибликовые покрытия и интерферометры. Традиционно классическая волновая модель преподается как основа для понимания оптической интерференции на основе принципа Гюйгенса – Френеля.

Вывод

Вышеизложенное можно продемонстрировать в одном измерении, выведя формулу для суммы двух волн. Уравнение для амплитуды синусоидальной волны, распространяющейся вправо по оси x, имеет вид

W 1 (x, t) = A cos ⁡ (kx — ω t) (x, t) = A \ cos (kx- \ omega t) \,>

где A — пиковая амплитуда, k = 2 π / λ — это волновое число и ω = 2 π f — это угловая частота волны. Предположим, что вторая волна той же частоты и амплитуды, но с другой фазой также движется вправо

W 2 (x, t) = A cos ⁡ (kx — ω t + φ) (x, t) = A \ cos (kx- \ omega t + \ varphi) \,>

где φ — разность фаз между волнами в радианах. Две волны накладываются на и складываются: сумма двух волн равна

W 1 + W 2 = A [cos ⁡ (kx — ω t) + cos ⁡ (kx — ω t + φ)]. + W_ = A [\ cos (kx- \ omega t) + \ cos (kx- \ omega t + \ varphi)].>

Использование тригонометрического тождества для суммы двух косинусов: cos ⁡ a + cos ⁡ b = 2 cos ⁡ (a — b 2) cos ⁡ (a + b 2), \ cos ,> это может быть записано

Это представляет волну с исходной частотой, движущуюся вправо, как компоненты, амплитуда которых пропорциональна косинусу φ / 2 .
- Конструктивная интерференция: если разность фаз кратна π: φ =…, — 4 π, — 2 π, 0, 2 π, 4 π,… , затем | cos ⁡ (φ / 2) | = 1 , поэтому сумма двух волн — это волна с удвоенной амплитудой
- Деструктивная интерференция: если разность фаз кратна π : φ =…, — 3 π, — π, π, 3 π, 5 π,… , тогда соз ⁡ (φ / 2) = 0 , поэтому сумма двух волн равна нулю
Между двумя плоскими волнами

Геометрическое расположение для интерференции двух плоских волн Интерференционные полосы в перекрывающихся плоских волнах

Простая форма интерференционной картины получается, если две плоские волны одинаковой частоты пересекаются под углом. Вмешательство — это, по сути, процесс перераспределения энергии. Энергия, потерянная при деструктивном вмешательстве, восстанавливается при конструктивном вмешательстве. Одна волна движется горизонтально, а другая движется вниз под углом θ к первой волне. Предполагая, что две волны находятся в фазе в точке B, тогда относительная фаза изменяется вдоль оси x. Разность фаз в точке A определяется как

Это видно что две волны находятся в фазе, когда

и на половину цикла не совпадают по фазе, когда

Конструктивная интерференция возникает, когда волны находятся в фазе, и деструктивная интерференция, когда они на полцикла не совпадают по фазе. Таким образом, создается картина интерференционных полос, где разделение максимумов составляет

и d f называется расстоянием между краями. Расстояние между полосами увеличивается с увеличением длины волны и с уменьшением угла θ.

Полосы наблюдаются там, где две волны перекрывают друг друга, а расстояние между полосами одинаково.

Между двумя сферическими волнами

Оптическая интерференция между двумя точечными источниками с разными длинами волн и разносом источников.

A точечный источник создает сферическую волну. Если свет от двух точечных источников перекрывается, интерференционная картина показывает, как разность фаз между двумя волнами изменяется в пространстве. Это зависит от длины волны и расстояния между точечными источниками. На рисунке справа показана интерференция двух сферических волн. Длина волны увеличивается сверху вниз, а расстояние между источниками увеличивается слева направо.

Когда плоскость наблюдения находится достаточно далеко, картина полос будет представлять собой серию почти прямых линий, поскольку тогда волны будут почти плоскими.

Несколько лучей

Интерференция возникает, когда несколько волн складываются вместе при условии, что разность фаз между ними остается постоянной в течение времени наблюдения.

Иногда желательно, чтобы несколько волн одной частоты и амплитуды суммировались до нуля (то есть деструктивно интерферировали, подавляли). Этот принцип лежит в основе, например, трехфазного питания и дифракционной решетки. В обоих этих случаях результат достигается за счет равномерного распределения фаз.

Легко видеть, что набор волн будет подавляться, если они имеют одинаковую амплитуду и их фазы разнесены по углам одинаково. Используя векторов, каждую волну можно представить как A ei φ n >> для N волны от n = 0 до n = N — 1 , где

Чтобы показать, что

просто предполагается обратное, а затем обе части умножаются на ei 2 π N. >>.>

Интерферометр Фабри – Перо использует интерференцию между множественными отражениями.

A дифракционная решетка может рассматриваться как многолучевой интерферометр; поскольку пики, которые он производит, генерируются интерференцией между светом, пропускаемым каждым из элементов решетки; см. интерференция против дифракции для дальнейшего обсуждения.

Оптическая интерференция

Создание интерференционных полос оптической плоскостью на отражающей поверхности. Световые лучи от монохроматического источника проходит через стекло и отражаются от обоего нижней поверхности плоского и опорной поверхности. Крошечный зазор между поверхностями означает, что два отраженных луча имеют разную длину пути. Кроме того, луч, отраженный от нижней пластины, претерпевает изменение фазы на 180 °. В результате в точках (a), где разность хода является нечетным кратным λ / 2, волны усиливаются. В точках (b), где разность хода кратна λ / 2, волны гасятся. Поскольку зазор между поверхностями немного отличается по ширине в разных точках, видна серия чередующихся ярких и темных полос, интерференционных полос.

Поскольку частота световых волн (~ 10 Гц) слишком высока, чтобы их можно было обнаружить с помощью Доступные в настоящее время детекторы позволяют наблюдать только интенсивность оптической интерференционной картины. Интенсивность света в данной точке пропорциональна квадрату средней амплитуды волны. Математически это можно выразить следующим образом. Смещение двух волн в точке r равно:

U 1 (r, t) = A 1 (r) ei [φ 1 (r) — ω t] (\ mathbf , t) = A_ (\ mathbf ) e ^ > U 2 (р, t) знак равно A 2 (r) ei [φ 2 (r) — ω t] (\ mathbf , t) = A_ (\ mathbf < r>) e ^ >

где A представляет величину смещения, φ представляет фазу, а ω представляет угловая частота.

Смещение суммированных волн

U (r, t) = A 1 (r) ei [φ 1 (r) — ω t] + A 2 (r) ei [φ 2 ( r) — ω t]. , t) = A_ (\ mathbf ) e ^ <я [\ varphi _ (\ mathbf ) - \ omega t]> + A_ (\ mathbf ) e ^ .>

Интенсивность света при r определяется как

I (r) = ∫ U (r, t) U ∗ (r, t) dt ∝ A 1 2 (r) + A 2 2 (r) + 2 A 1 (r) A 2 (r) cos ⁡ [φ 1 (r) — φ 2 (r)]. ) = \ int U (\ mathbf , t) U ^ (\ mathbf , t) \, dt \ propto A_ ^ (\ mathbf ) + A_ ^ (\ mathbf ) + 2A_ (\ mathbf ) A_ (\ mathbf ) \ cos [ \ varphi _ (\ mathbf ) — \ varphi _ (\ mathbf )].>

Это можно выразить в терминах интенсивности отдельных волн как

I (r) = I 1 (r) + I 2 (r) + 2 I 1 (r) I 2 (r) cos ⁡ [φ 1 (r) — φ 2 (r)]. ) = I_ (\ mathbf ) + I_ (\ mathbf ) +2 <\ sqrt > \ cos [\ varphi _ (\ mathbf ) — \ varphi _ (\ mathbf )].>

Таким образом, интерференционная картина отображает разность фаз между двумя волнами, причем максимумы возникают, когда разность фаз кратна 2π. Если два луча имеют одинаковую интенсивность, максимумы в четыре раза ярче, чем отдельные лучи, а минимумы имеют нулевую интенсивность.

Две волны должны иметь одинаковую поляризацию, чтобы возникли интерференционные полосы, поскольку волны с разными поляризациями не могут подавлять друг друга или складываться. Вместо этого, когда волны с разной поляризацией складываются вместе, они порождают волну с другим состоянием поляризации.

Требования к источнику света

В приведенном выше обсуждении предполагается, что волны, которые мешают друг другу, являются монохроматические, т.е. иметь одну частоту — для этого необходимо, чтобы они были бесконечными во времени. Однако это не практично и не обязательно. Две идентичные волны конечной длительности, частота которых фиксирована в течение этого периода, при наложении вызовут интерференционную картину. Две идентичные волны, которые состоят из узкого спектра частотных волн конечной длительности, дадут серию полос с немного различающимися интервалами, и при условии, что разброс интервалов значительно меньше среднего расстояния между полосами, снова будет наблюдаться картина полос. в то время, когда две волны перекрываются.

Обычные источники света излучают волны разной частоты и в разное время из разных точек источника. Если свет разделен на две волны, а затем повторно объединен, каждая отдельная световая волна может генерировать интерференционную картину со своей другой половиной, но генерируемые отдельные полосы будут иметь разные фазы и интервалы, и, как правило, общий узор полос не будет наблюдаться.. Однако одноэлементные источники света, такие как натриевые- или ртутные лампы, имеют линии излучения с довольно узкими частотными спектрами. Когда они проходят пространственную и цветовую фильтрацию, а затем разделяются на две волны, они могут быть наложены друг на друга для создания интерференционных полос. Вся интерферометрия до изобретения лазера проводилась с использованием таких источников и имела множество успешных применений.

A лазерный луч обычно гораздо ближе приближается к монохроматическому источнику, и гораздо проще создать интерференционные полосы с помощью лазера. Легкость, с которой интерференционные полосы можно наблюдать с помощью лазерного луча, иногда может вызывать проблемы, поскольку паразитные отражения могут давать ложные интерференционные полосы, которые могут приводить к ошибкам.

Обычно в интерферометрии используется один лазерный луч, хотя интерференция наблюдалась с использованием двух независимых лазеров, частоты которых были достаточно согласованы, чтобы удовлетворить требованиям фазы. Это также наблюдалось для широкопольных интерференций между двумя некогерентными лазерными источниками.

Интерференция белого света в мыльном пузыре. радужность возникает из-за тонкопленочной интерференции.

. Также можно наблюдать интерференционные полосы с использованием белого света. Узор полос белого света можно рассматривать как составленный из «спектра» узоров полос, каждый из которых имеет немного разный интервал. Если все узоры полос находятся в фазе в центре, то полосы будут увеличиваться в размере по мере уменьшения длины волны, а суммарная интенсивность покажет от трех до четырех полос разного цвета. Янг очень элегантно описывает это в своем обсуждении интерференции двух щелей. Поскольку полосы белого света получаются только тогда, когда две волны прошли равное расстояние от источника света, они могут быть очень полезны в интерферометрии, поскольку позволяют идентифицировать полосу нулевой разности хода.

Оптические устройства

Для создания интерференционных полос свет от источника должен быть разделен на две волны, которые затем должны быть повторно объединены. Традиционно интерферометры классифицируются как системы с разделением по амплитуде или с разделением волнового фронта.

В системе с разделением по амплитуде светоделитель используется для разделения света на два луча, движущихся в разных направлениях, которые затем накладываются друг на друга для создания интерференционной картины. Интерферометр Майкельсона и интерферометр Маха – Цендера являются примерами систем разделения амплитуды.

В системах с разделением волнового фронта волна разделена в пространстве — примерами являются двухщелевой интерферометр Юнга и зеркало Ллойда.

Интерференцию также можно увидеть в повседневных явлениях, таких как радужность и структурная окраска. Например, цвета, видимые в мыльном пузыре, возникают из-за интерференции света, отражающегося от передней и задней поверхностей тонкой мыльной пленки. В зависимости от толщины пленки разные цвета мешают конструктивно и разрушительно.

Приложения

Оптическая интерферометрия

Интерферометрия сыграла важную роль в развитии физики, а также имеет широкий спектр приложений в физических и технических измерениях.

Двухщелевой интерферометр Томаса Юнга в 1803 году продемонстрировал интерференционные полосы, когда две маленькие дырки освещались светом из другой маленькой дыры, освещенной солнечным светом. Янг смог оценить длину волны разных цветов в спектре по расстоянию между полосами. Эксперимент сыграл важную роль в принятии волновой теории света. В квантовой механике считается, что этот эксперимент демонстрирует неразделимость волновой и частичной природы света и других квантовых частиц (дуальность волна-частица ). Ричард Фейнман любил говорить, что вся квантовая механика может быть получена путем тщательного обдумывания последствий этого единственного эксперимента.

Результаты эксперимента Майкельсона – Морли обычно считаются первым убедительным доказательством против теории светоносного эфира и в пользу специальной теории относительности.

Интерферометрия использовалась для определения и калибровки эталонов длины. Когда измеритель был определен как расстояние между двумя отметками на платино-иридиевом стержне, Майкельсон и Бенуа использовали интерферометрию для измерения длины волны красной линии кадмия в новом стандарте, и также показал, что его можно использовать в качестве стандарта длины. Шестьдесят лет спустя, в 1960 году, измеритель в новой системе SI был определен как равный 1 650 763,73 длинам волн оранжево-красной линии излучения в электромагнитном спектре атома криптона-86 в вакууме. Это определение было заменено в 1983 году определением метра как расстояния, пройденного светом в вакууме за определенный промежуток времени. Интерферометрия по-прежнему является основополагающим в установлении калибровки цепочки измерения длины.

Интерферометрия используется при калибровке датчиков скольжения (называемых в США измерительными блоками) и в координатно-измерительных машинах. Он также используется при тестировании оптических компонентов.

Радиоинтерферометрия

Очень большая матрица, интерферометрическая матрица, сформированная из множества меньших телескопов, как и многие более крупные радиотелескопы.

В 1946 году была разработана методика, названная астрономической интерферометрией. Астрономические радиоинтерферометры обычно состоят либо из решеток параболических антенн, либо из двумерных решеток всенаправленных антенн. Все телескопы в группе широко разделены и обычно соединяются вместе с помощью коаксиального кабеля, волновода, оптического волокна или другого типа передачи . строка. Интерферометрия увеличивает общий собираемый сигнал, но ее основная цель — значительно увеличить разрешение с помощью процесса, называемого синтез апертуры. Этот метод работает путем наложения (интерференции) сигнальных волн от разных телескопов по принципу, согласно которому волны, совпадающие с одной и той же фазой, будут складываться друг с другом, в то время как две волны с противоположными фазами будут нейтрализовать друг друга. Это создает комбинированный телескоп, который по разрешению (но не по чувствительности) эквивалентен одиночной антенне, диаметр которой равен разносу антенн, наиболее удаленных друг от друга в решетке.

Акустическая интерферометрия

акустический интерферометр — это прибор для измерения физических характеристик звуковых волн в газе или жидкости, например скорость, длина волны, поглощение или импеданс. Вибрирующий кристалл создает ультразвуковые волны, которые излучаются в среду. Волны падают на отражатель, расположенный параллельно кристаллу, отражаются обратно к источнику и измеряются.

Квантовая интерференция

Если система находится в состоянии ψ , ее волновая функция описывается в Дираке или бюстгальтер-кет как:

, где | я⟩ s указывает различные доступные квантовые «альтернативы» (технически они образуют собственный вектор базис ) и ψ i > — коэффициенты амплитуды вероятности, которые представляют собой комплексные числа.

вероятность наблюдения системы, выполняющей переход или квантовый скачок из состояния ψ в новое состояние φ — квадрат модуля скаляра или внутреннего произведения двух состояний:

prob ⁡ (ψ ⇒ φ) = | ⟨Ψ | φ⟩ | 2 = | ∑ i ψ i ∗ φ i | 2 (\ psi \ Rightarrow \ varphi) = | \ langle \ psi | \ varphi \ rangle | ^ = | \ sum _ \ psi _ ^ \ varphi _ | ^ > = ∑ ij ψ i ∗ ψ j φ j ∗ φ i = ∑ i | ψ i | 2 | φ i | 2 + ∑ i j; я ≠ J ψ я * ψ J φ J ∗ φ я \ psi _ ^ \ psi _ \ varphi _ ^ \ varphi _ = \ sum _ | \ psi _ | ^ | \ varphi _ | ^ + \ sum _ \ psi _ ^ \ psi _ \ varphi _ ^ \ varphi _ >

где ψ i = ⟨i | ψ⟩ = \ langle i | \ psi \ rangle> (как определено выше) и аналогично φ i = ⟨i | φ⟩ = \ langle i | \ varphi \ rangle> — это коэффициенты конечного состояния системы. * является комплексно сопряженным, так что ψ i ∗ = ⟨ψ | я⟩ ^ = \ langle \ psi | i \ rangle> и т. д.

Теперь рассмотрим ситуацию классически и представим, что система прошел с | ψ⟩ от до | φ⟩ через промежуточное состояние | я⟩ . Тогда мы бы классически ожидали, что вероятность двухступенчатого перехода будет суммой всех возможных промежуточных шагов. Таким образом, у нас будет

проб ⁡ (ψ ⇒ φ) = ∑ я проб ⁡ (ψ ⇒ я ⇒ φ) (\ psi \ Rightarrow \ varphi) = \ sum _ \ имя оператора (\ psi \ Rightarrow i \ Rightarrow \ varphi)> = ∑ i | ⟨Ψ | я⟩ | 2 | ⟨Я | φ⟩ | 2 = ∑ i | ψ i | 2 | φ i | 2. <\ displaystyle = \ sum _ | \ langle \ psi | i \ rangle | ^ | \ langle i | \ varphi \ rangle | ^ = \ sum _ | \ psi _ < i>| ^ | \ varphi _ | ^ .>

Классический и квантовый вывод вероятности перехода различаются наличием в квантовом случае дополнительных членов ∑ ij; я ≠ J ψ я * ψ J φ J ∗ φ я \ psi _ ^ \ psi _ \ varphi _ ^ \ varphi _ > ; эти дополнительные квантовые члены представляют собой помехи между различными i ≠ j промежуточными «альтернативами». Следовательно, они известны как члены квантовой интерференции или перекрестные члены. Это чисто и является следствием неаддитивности вероятностей квантовых альтернатив.

Интерференционные члены исчезают через механизм квантовой декогеренции, если промежуточное состояние | я⟩ измеряется или связан с окружающей средой.

См. Также

Активный контроль шума

Биение (акустика)

Когерентность (физика)

Дифракция

Полосы Хайдингера

Интерференционная литография

Интерференционная видимость

Интерферометр

Зеркало Ллойда

Муаровый узор

Кольца Ньютона

Длина оптического пути

Тонкопленочная интерференция

Upfade

Многолучевая интерференция

Ссылки

^Ockenga, Wymke. Фазовый контраст. Leika Science Lab, 09 июня 2011 г. «Если две волны интерферируют, амплитуда образовавшейся световой волны будет равна векторной сумме амплитуд двух мешающих волн».

^Steel, W.H. (1986). Интерферометрия. Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0521311624 .

^Pfleegor, R.L.; Мандель, Л. (1967). «Интерференция независимых фотонных пучков». Phys. Ред. 159 (5): 1084–1088. Bibcode : 1967PhRv..159.1084P. doi : 10.1103 / Physrev.159.1084.

^Patel, R.; Achamfuo-Yeboah, S.; Light R.; Кларк М. (2014). «Широкопольная двух лазерная интерферометрия». Оптика Экспресс. 22 (22): 27094–27101. Bibcode : 2014OExpr..2227094P. doi : 10.1364 / OE.22.027094. PMID25401860.

^ Родился, Макс ; Вольф, Эмиль (1999). Принципы оптики. Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0521642221 .

^Грин, Брайан (1999). Элегантная вселенная: суперструны, скрытые измерения и поиски высшей теории. Нью-Йорк: W.W. Нортон. С. 97–109. ISBN 978-0-393-04688-5 .

^Р.С. Лонгхерст, Геометрическая и физическая оптика, 1968, Лонгманс, Лондон.

^Войцех Х. Зурек, «Декогеренция и переход от квантовой к классической», Physics Today, 44, стр 36–44 (1991)

^Войцех Х. Зурек (2003). «Декогеренция, einselection и квантовые истоки классического». Обзоры современной физики. 75 (3): 715. arXiv : Quant-ph / 0105127. Bibcode : 2003RvMP. 75..715Z. doi : 10.1103 / revmodphys.75.715.

Внешние ссылки

Найдите interference в Wiktionary, бесплатном словаре.

Wikimedia У Commons есть материалы, связанные с Интерференцией.

Простая имитационная модель на JavaScript для одномерной волновой интерференции

Выражения положения и расстояния между полосами

Java-симуляция интерференции водных волн 1

Java-симуляция интерференция водных волн 2

Flash-анимация, демонстрирующая интерференцию

Научный форум dxdy

Пусть два абсолютно одинаковых лазера (например, полупроводниковых) непрерывно излучают световые лучи, пересекающиеся под прямым углом. В точке пересечения расположена светоделительная (полупрозрачная) пластинка под 45 градусов к обоим лучам так, что отраженный луч от одного лазера не попадает в другой, а накладывается на его луч, проходящий через пластинку.
Если расстояние от лазеров до пластинки будет таким, что отраженные и проходящие лучи наложатся с разностью фаз в 180 градусов, то оба результирующих луча (выходящие из пластинки) будут ослаблены до нуля, или почти до нуля (из-за инструментальных погрешностей). Итак, имеется деструктивная интерференция (ослабление) при отстутствии конструктивной (усиление). Вместе, они перераспределяли бы энергию света. Кроме того, лазеры очевидно не взаимодействуют с отраженным светом, и полностью отдают свою энергию.
Вопрос: Куда уходит энергия обоих лазерных лучей, и как объясняется ее преобразование в другой вид?

Re: Вопрос о деструктивной интерференции
21.04.2008, 12:54
Stas_Simonov писал(а):

Пусть два абсолютно одинаковых лазера (например, полупроводниковых) непрерывно излучают световые лучи, пересекающиеся под прямым углом. В точке пересечения расположена светоделительная (полупрозрачная) пластинка под 45 градусов к обоим лучам так, что отраженный луч от одного лазера не попадает в другой, а накладывается на его луч, проходящий через пластинку.
Если расстояние от лазеров до пластинки будет таким, что отраженные и проходящие лучи наложатся с разностью фаз в 180 градусов, то оба результирующих луча (выходящие из пластинки) будут ослаблены до нуля, или почти до нуля (из-за инструментальных погрешностей). Итак, имеется деструктивная интерференция (ослабление) при отстутствии конструктивной (усиление). Вместе, они перераспределяли бы энергию света. Кроме того, лазеры очевидно не взаимодействуют с отраженным светом, и полностью отдают свою энергию.
Вопрос: Куда уходит энергия обоих лазерных лучей, и как объясняется ее преобразование в другой вид?

Смею предположить, что если не в световую энергию (в результате деструктивной интерференции о которой идет речь), то наверное в тепловую — может быть в нагрев стенок пластинки.

Re: Вопрос о деструктивной интерференции
21.04.2008, 14:24

Заблокирован

Stas_Simonov писал(а):

Пусть два абсолютно одинаковых лазера (например, полупроводниковых) непрерывно излучают световые лучи, пересекающиеся под прямым углом. В точке пересечения расположена светоделительная (полупрозрачная) пластинка под 45 градусов к обоим лучам так, что отраженный луч от одного лазера не попадает в другой, а накладывается на его луч, проходящий через пластинку.
Если расстояние от лазеров до пластинки будет таким, что отраженные и проходящие лучи наложатся с разностью фаз в 180 градусов, то оба результирующих луча (выходящие из пластинки) будут ослаблены до нуля, или почти до нуля (из-за инструментальных погрешностей). Итак, имеется деструктивная интерференция (ослабление) при отстутствии конструктивной (усиление). Вместе, они перераспределяли бы энергию света. Кроме того, лазеры очевидно не взаимодействуют с отраженным светом, и полностью отдают свою энергию.
Вопрос: Куда уходит энергия обоих лазерных лучей, и как объясняется ее преобразование в другой вид?

Могу предположить, что энергия никуда не уходит, а продолжает двигатся в лазерных лучах, но со сдвигом фаз в 180 град.. И если пронаблюдать эти лучи через миллион км. то дополнительный сдвиг фаз приведет к тому, что оба луча уже будут иметь разность фаз отличную от 180 и энергию лучей можно будет измерить, и убедится, что она не уменьшилась.

21.04.2008, 17:28
Victor Orlov писал(а):

Могу предположить, что энергия никуда не уходит, а продолжает двигатся в лазерных лучах, но со сдвигом фаз в 180 град.. И если пронаблюдать эти лучи через миллион км. то дополнительный сдвиг фаз приведет к тому, что оба луча уже будут иметь разность фаз отличную от 180 и энергию лучей можно будет измерить, и убедится, что она не уменьшилась.

Пусть измеряющий фотоприемник (например, фотодиод) поглощает всю энергию света полностью без отражения и пропускания насквозь. Тогда какой уровень мощности он покажет вблизи пластинки? Если сумму мощностей обоих лучей, то значит фотодиоды способны регистрировать некую «скрытую» невидимую энергию? А если мощность результирующего слабого луча, то тогда где остальная мощность?

21.04.2008, 18:28

Заслуженный участник

А как фотодиод может померять мощность одновременно пучка, который на него падает и который двигается в противоположном направлении, относительно падающего пучка?

21.04.2008, 18:44
Eiktyrnir писал(а):

Смею предположить, что если не в световую энергию (в результате деструктивной интерференции о которой идет речь), то наверное в тепловую — может быть в нагрев стенок пластинки.

Мне известна такая теория теплового действия света: Колебания электромагнитного поля (в световой волне) передаются электронам и ядрам атомов вещества, повышая его внутреннюю энергию.
В данном случае естественное поглощение света пластинкой минимально, а результирующие лучи имеют слабое или нулевое электромагнитное поле. Тогда как образуется тепло?

Добавлено спустя 10 минут 10 секунд:

Freude писал(а):

А как фотодиод может померять мощность одновременно пучка, который на него падает и который двигается в противоположном направлении, относительно падающего пучка?

Речь шла о том, что лучи идут в одном направлении по одной линии. К условию задачи нужно еще добавить, что исходные лучи поляризованы в одном направлении.

22.04.2008, 11:32

Заблокирован

Stas_Simonov писал(а):
Victor Orlov писал(а):

Могу предположить, что энергия никуда не уходит, а продолжает двигатся в лазерных лучах, но со сдвигом фаз в 180 град.. И если пронаблюдать эти лучи через миллион км. то дополнительный сдвиг фаз приведет к тому, что оба луча уже будут иметь разность фаз отличную от 180 и энергию лучей можно будет измерить, и убедится, что она не уменьшилась.

Пусть измеряющий фотоприемник (например, фотодиод) поглощает всю энергию света полностью без отражения и пропускания насквозь. Тогда какой уровень мощности он покажет вблизи пластинки? Если сумму мощностей обоих лучей, то значит фотодиоды способны регистрировать некую «скрытую» невидимую энергию? А если мощность результирующего слабого луча, то тогда где остальная мощность?

Насколько я понимаю, интерференция — это не взаимодействие двух эл.волн между собой, но взаимодействие двух эл.волн с веществом(зарядами). Поэтому ничего удивительного, если при сдвиге фаз в 180 град детектор энергии волн не обнаружит. Но энергия от этого никуда не делась, просто она в минимуме интерференции недоступна детектору.
Кстати, интересный вопрос, как будет выглядеть уравнение Максвелла, когда в пространстве вроде бы нет эл. волн(по показаниям детектора) но в то же время эти волны есть, что можно увидеть, проследив пучки дальше, когда рассогласование фаз разрушит интерференцию.

22.04.2008, 18:49
Victor Orlov писал(а):

Насколько я понимаю, интерференция — это не взаимодействие двух эл.волн между собой, но взаимодействие двух эл.волн с веществом(зарядами). Поэтому ничего удивительного, если при сдвиге фаз в 180 град детектор энергии волн не обнаружит. Но энергия от этого никуда не делась, просто она в минимуме интерференции недоступна детектору.

Взаимодействие с веществом(зарядами): Пусть детектором будет очень чувствительный фотодиод, у которого область p-n перехода достаточно большая и плотная, чтобы поглотить все или почти все проникающее в нее излучение. То есть почти каждый фотон создаст пару «дырка»-электрон, становящуюся частью фототока. И только малая часть энергии пройдет насквозь или поглотится еще где-то.
Что тогда наблюдать дальше, за детектором? Есть ли для света особые законы, позволяющие проникать сквозь препятствия?

22.04.2008, 19:16

Заблокирован

Stas_Simonov писал(а):
Victor Orlov писал(а):

Насколько я понимаю, интерференция — это не взаимодействие двух эл.волн между собой, но взаимодействие двух эл.волн с веществом(зарядами). Поэтому ничего удивительного, если при сдвиге фаз в 180 град детектор энергии волн не обнаружит. Но энергия от этого никуда не делась, просто она в минимуме интерференции недоступна детектору.

Взаимодействие с веществом(зарядами): Пусть детектором будет очень чувствительный фотодиод, у которого область p-n перехода достаточно большая и плотная, чтобы поглотить все или почти все проникающее в нее излучение. То есть почти каждый фотон создаст пару «дырка»-электрон, становящуюся частью фототока. И только малая часть энергии пройдет насквозь или поглотится еще где-то.
Что тогда наблюдать дальше, за детектором? Есть ли для света особые законы, позволяющие проникать сквозь препятствия?

Интересный вопрос! Не исключено, что сквозь тонкие металлические пленки, поглощающие
обычный свет, в интерференционном минимуме свет будет проходить. Кажется, даже экспериментально это подтверждено.
Правда, выглядит все это немного безумно. Представьте, Вы стоите перед непрозрачной стеной, освещая ее одним источником света, но стоит осветить непрозрачную стену еще одним источником света, и стена станет прозрачной!

22.04.2008, 22:32

Последний раз редактировалось Vladimir Dubrovskii 24.04.2008, 21:22, всего редактировалось 1 раз.

Сильно сомневаюсь, что такую ситуацию можно реализовать. Это чисто умозрительная ситуация, не подкрепленная ни одним расчетом, ни хотя бы минимальной оценкой. Поэтому, скорее всего, если удасться погасить луч по одному направлению, то по другому его интенсивность возрастет в два раза и наоборот. Если, все же, такую ситуацию действительно можно реализовать, то это означает только одно — вся энергия поглощается пластинкой.

Добавлено спустя 47 минут 16 секунд:

Только лазер нужно брать один, а не два, а сплитеров как раз два, и еще две линзы полного внутреннего отражения. А главное нужно иметь высоко-прецизионную оптическую механику.
То Stas_Simonov Красивый опыт. Сами придумали, или где-то прочитали? Не будете ли так любезны указать ссылку, если имеется и не затруднит.

23.04.2008, 20:19
Victor Orlov писал(а):

Не исключено, что сквозь тонкие металлические пленки, поглощающие обычный свет, в интерференционном минимуме свет будет проходить. Кажется, даже экспериментально это подтверждено.

Пленка в данном случае полупроводниковая. Хотелось бы узнать, чьи это эксперименты привели к проникновению света сквозь непроницаемую стену.

23.04.2008, 20:39

Заблокирован

Stas_Simonov писал(а):
Victor Orlov писал(а):

Не исключено, что сквозь тонкие металлические пленки, поглощающие обычный свет, в интерференционном минимуме свет будет проходить. Кажется, даже экспериментально это подтверждено.

Пленка в данном случае полупроводниковая. Хотелось бы узнать, чьи это эксперименты привели к проникновению света сквозь непроницаемую стену.

Сейчас я не готов дать точный ответ. Но была на эту тему дискуссия » Исчезновение энергии при интерференциив» в http://forum.dubinushka.ru/index.php?sh . 568&st=120
начиная с сообщения №123
Плохо только, что эта тема была по непонятной причине внезапно закрыта, так что наиболее важные вещи не были обсуждены до конца.

23.04.2008, 21:08
Vladimir Dubrovskii писал(а):

Только лазер нужно брать один, а не два, а сплитеров как раз два, и еще две линзы полного внутреннего отражения. А главное нужно иметь высоко-прецизионную оптическую механику.
То Stas_Simonov Красивый опыт. Сами придумали, или где-то прочитали? Не будете ли так любезны указать ссылку, если имеется и не затруднит.

Конечно, в настоящих интерферометрах применяют один лазер с системой сплиттеров и зеркал. Здесь я упростил для простоты описания и наглядности.
Точное измерение разности фаз лучей применяется в лазерных и волоконно-оптических гироскопах, то есть технология такого уровня существует.
Задачу я придумал сам. Может быть еще не все науке известно об электромагнитных волнах? И поглощение энергии пластинкой (в виде тепла, наверное) неясно выглядит (см. выше мой ответ Eiktyrnir).

24.04.2008, 11:47
Stas_Simonov писал(а):

Конечно, в настоящих интерферометрах применяют один лазер с системой сплиттеров и зеркал. Здесь я упростил для простоты описания и наглядности.
Точное измерение разности фаз лучей применяется в лазерных и волоконно-оптических гироскопах, то есть технология такого уровня существует.
Задачу я придумал сам. Может быть еще не все науке известно об электромагнитных волнах? И поглощение энергии пластинкой (в виде тепла, наверное) неясно выглядит (см. выше мой ответ Eiktyrnir).

Ваш ответ я прочел. Здесь все-таки (на мой взгляд) речь идет о так называемых метаматериалах в которых возможно осуществить либо полное поглощение света, либо полное отражение, либо полное прохождение света через метаматериал (если не ошибаюсь период дифракционной решетки должен быть в этом случае кратным $$\lambda$/4$ , , где $\lambda$ — длина волны света). Складывается впечатление, что при деструктивной интерференции энергия световой волны компенсируется либо на рассеивание за счет расходимости самого пучка (ввиду особенностей материала из которого состоит решетка сквозь которую она проходит), а также за счет нагрева материала (превращения в тепло — о возможности которого вы говорили — сказав что только малая часть света подвергается такому «превращению») и еще (как вариант) за счет поглощения световой волны (а точнее ее энергии) атомами вещества, которые тем самым могут перейти в возбужденное состояние. Все эти факторы в купе приводят к частичной потере световой энергии волны.

24.04.2008, 20:06

Заблокирован

Eiktyrnir писал(а):
Stas_Simonov писал(а):

Конечно, в настоящих интерферометрах применяют один лазер с системой сплиттеров и зеркал. Здесь я упростил для простоты описания и наглядности.
Точное измерение разности фаз лучей применяется в лазерных и волоконно-оптических гироскопах, то есть технология такого уровня существует.
Задачу я придумал сам. Может быть еще не все науке известно об электромагнитных волнах? И поглощение энергии пластинкой (в виде тепла, наверное) неясно выглядит (см. выше мой ответ Eiktyrnir).

Ваш ответ я прочел. Здесь все-таки (на мой взгляд) речь идет о так называемых метаматериалах в которых возможно осуществить либо полное поглощение света, либо полное отражение, либо полное прохождение света через метаматериал (если не ошибаюсь период дифракционной решетки должен быть в этом случае кратным $$\lambda$/4$ , , где $\lambda$ — длина волны света). Складывается впечатление, что при деструктивной интерференции энергия световой волны компенсируется либо на рассеивание за счет расходимости самого пучка (ввиду особенностей материала из которого состоит решетка сквозь которую она проходит), а также за счет нагрева материала (превращения в тепло — о возможности которого вы говорили — сказав что только малая часть света подвергается такому «превращению») и еще (как вариант) за счет поглощения световой волны (а точнее ее энергии) атомами вещества, которые тем самым могут перейти в возбужденное состояние. Все эти факторы в купе приводят к частичной потере световой энергии волны.

Прежде всего хочу повторить — что деструктивной интерференции энергия света не поглощается и не рассеивается, но движется дальше, и эту энергию вполне можно померять на значительном расстоянии от источника света, когда два луча перестанут быть противофазными, выйдя из пределов когерентности.

С веществом, как мне кажется, все гораздо сложнее. Похоже, что даже самые обычные материалы будут по-разному взаимодействовать(пропускать или поглощать) свет, в зависимости от того, является ли этот свет просто светом, или представляет противофазное наложение двух лазерных лучей.
Я вот подумал тут сам себе — быть может в формулу, описыващую поглощение света в веществе, надо внести поправку для величины поглощения такой смеси противофазных волны?

Страница 1 из 3 [ Сообщений: 33 ] На страницу 1 , 2 , 3 След.

Похожие публикации:

16 кг это сколько тонн

2x062h диод высоковольтный как проверить

Bluetooth на какой частоте работает

Что такое скольжение асинхронного двигателя