Loading...
 

Interferencja i dyfrakcja na dwóch szczelinach

W doświadczeniu Younga przyjmowaliśmy, że szczeliny są punktowe tj. \( a<<\lambda \). W wyniku interferencji fal spójnych ugiętych na takich szczelinach otrzymywaliśmy prążki interferencyjne o jednakowym natężeniu. Dla realnych szczelin trudno jest zrealizować warunek \( a<<\lambda \). Oznacza to, że pojedyncza szczelina będzie dawała obraz dyfrakcyjny i w wyniku interferencji fal z dwóch szczelin otrzymamy obraz, w którym natężenia prążków nie będą stałe (jak w doświadczeniu Younga), ale zależne od tego obrazu dyfrakcyjnego.

Przypomnijmy, że natężenie światła w obrazie interferencyjnym dla dwóch punktowych szczelin dane jest wyrażeniem

\( {I_{{\theta \text{,int}}}=I_{{m\text{,int}}}\text{cos}^{{2}}\beta } \)


oraz

\( {\beta =\frac{\mathit{\pi d}}{\lambda }\text{sin}\theta } \)


gdzie \( d \) jest odległością między szczelinami.

Natomiast natężenie fali ugiętej na szczelinie jest dane równaniem

\( {I_{{\theta,\text{dyf}}}=I_{{m,\text{dyf}}}\left(\frac{\text{sin}\alpha}{\alpha }\right)^{{2}}} \)


oraz

\( {\alpha =\frac{\mathit{\pi a}}{\lambda }\text{sin}\theta } \)


gdzie \( a \) jest szerokością szczeliny.

Teraz chcemy otrzymać łączny efekt. Dlatego w równaniu ( 1 ) stałą amplitudę obrazu interferencyjnego (dla wąskich szczelin) zastępujemy realnym natężeniem dyfrakcyjnym ( 3 ). Otrzymujemy

\( {I_{{\theta }}=I_{{m}}(\text{cos}\beta)^{{2}}\left(\frac{\text{sin}\alpha }{\alpha}\right)^{{2}}} \)


Ten wynik opisuje następujące fakty. W danym punkcie na ekranie natężenie światła, z każdej szczeliny osobno, jest dane przez obraz dyfrakcyjny tej szczeliny. Obrazy dyfrakcyjne dwóch szczelin rozpatrywanych oddzielnie nakładają się, fale interferują.

Na Rys. 1 pokazany jest ten wynik dla \( d \) = 50 \( \lambda \) i trzech wartości stosunku \( a/ \lambda \). Widzimy, że im szersze szczeliny tym wpływ dyfrakcji jest silniejszy (natężenia prążków są bardziej zmienione). Uzyskany obraz jest zgodnie z równaniem ( 5 ) iloczynem czynnika interferencyjnego i dyfrakcyjnego.

: Prążki interferencyjne dla dwóch szczelin o skończonej szerokości
Rysunek 1: Prążki interferencyjne dla dwóch szczelin o skończonej szerokości


To nakładanie się czynnika interferencyjnego i dyfrakcyjnego jest jeszcze lepiej widoczne na Rys. 2. Czynnik interferencyjny ~cos \( ^{2} \) \( \beta \) jest pokazany na górnym wykresie, czynnik dyfrakcyjny ~(sin \( \alpha /\alpha )^{2} \) na środkowym, a ich iloczyn na dolnym. Widzimy, że obwiednie prążków interferencyjnych pokrywają się dokładnie z obrazem dyfrakcyjnym.

: Obraz interferencyjny dwóch punktowych szczelin, obraz dyfrakcyjny pojedynczej szczeliny i ich iloczyn
Rysunek 2: Obraz interferencyjny dwóch punktowych szczelin, obraz dyfrakcyjny pojedynczej szczeliny i ich iloczyn

Symulacja 1: Dyfrakcja na dwóch szczelinach

Pobierz symulację

W programie prezentowany jest wynik równoczesnej dyfrakcji i interferencji fal świetlnych powstałych w wyniku przejścia płaskiej fali świetlnej przez przesłonę z dwoma szczelinami o skończonej szerokości w wyniku czego w obrazie interferencyjnym natężenia prążków są stałe zależne od obrazu dyfrakcyjnego pojedynczej szczeliny. W programie można zmieniać szerokość szczelin, ich wzajemną odległość d, odległość szczelin od ekranu oraz długość fali.

Autor: Zbigniew Kąkol, Jan Żukrowski


Ostatnio zmieniona Czwartek 03 z Grudzień, 2020 19:20:09 UTC Autor: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski
Zaloguj się/Zarejestruj w OPEN AGH e-podręczniki
Czy masz już hasło?

Hasło powinno mieć przynajmniej 8 znaków, litery i cyfry oraz co najmniej jeden znak specjalny.

Przypominanie hasła

Wprowadź swój adres e-mail, abyśmy mogli przesłać Ci informację o nowym haśle.
Dziękujemy za rejestrację!
Na wskazany w rejestracji adres został wysłany e-mail z linkiem aktywacyjnym.
Wprowadzone hasło/login są błędne.