¿Qué debes saber sobre la difracción y la interferencia de la luz?
En 1913, Laue creía que si la disposición de los átomos en un cristal era regular, entonces el cristal podría verse como una rejilla de difracción tridimensional para rayos X. La longitud de onda de los rayos X es del orden de 10 a 8 cm, que es aproximadamente la misma que la distancia entre los átomos en los sólidos. Efectivamente, el experimento fue un éxito. Esta es la primera difracción de rayos X. Evidentemente, en determinadas condiciones de rayos X, las propiedades del cristal se pueden analizar en función del patrón de difracción. Sin embargo, es necesario establecer de antemano la correspondencia entre la dirección y la intensidad de la difracción de rayos X y la estructura cristalina.
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Difracción de la luz
La luz encuentra obstáculos opacos o transparentes o pequeños agujeros (rendijas estrechas) en su camino de propagación y los sortea. un fenómeno que se desvía de una línea recta, que se llama difracción de la luz. Las franjas o anillos claros y oscuros producidos por la difracción se denominan patrones de difracción.
Definición: Diagrama esquemático de difracción en el que las ondas luminosas se desvían más o menos de las leyes de propagación de la óptica geométrica al encontrar obstáculos.
Incluyendo difracción de rendija simple, difracción de orificio redondo, difracción de placa circular y punto de Poisson.
Las condiciones para la difracción son: Dado que la longitud de onda de la luz es muy corta, sólo unas pocas décimas de micrómetro, normalmente el objeto es mucho más grande que él, pero cuando la luz incide en un orificio, una rendija o un filamento , se puede ver claramente la difracción de la luz. El efecto es mejor con luz monocromática. Si se ilumina con luz policromática, el patrón de difracción se colorea.
Cualquier obstáculo puede hacer que la luz se difracte, pero las condiciones de difracción de Fresnel para una difracción obvia son "duras".
Cuando el tamaño del obstáculo es mucho mayor que la longitud de onda de la onda luminosa, se puede considerar que la luz viaja en línea recta. Tenga en cuenta que la propagación de la luz en línea recta es sólo una ley aproximada. Cuando la longitud de onda de la luz es mucho menor que la longitud de onda del agujero u obstáculo, se puede considerar que la luz viaja en línea recta. La difracción es significativa cuando el agujero u obstrucción es comparable o menor que la longitud de onda. Dado que el rango de longitud de onda de la luz visible es de 4 × 10-7 m a 7,7 × 10-7 m, rara vez se observan fenómenos obvios de difracción de la luz en la vida diaria.
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Principio de Huygens-Fresnel
Huygens señaló que cada punto del frente de onda en el medio puede considerarse como fuente de transmisión. las ondas, las trazas de onda de estas ondas en cualquier momento posterior son los nuevos frentes de onda en ese momento. El principio de Huygens-Fresnel puede describir cualitativamente la propagación de la luz en el fenómeno de difracción. La difracción de Fresnel enriquece el principio de Huygens. Propuso que cada elemento de la superficie en el frente de onda puede considerarse como una fuente de ondas. La vibración de P en un determinado punto del espacio es la superposición de vibraciones coherentes generadas por todas estas ondas en ese punto. Principio de Fresnel.
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Tipos de difracción
(1) Difracción de Fresnel: La difracción con una distancia limitada entre la fuente de luz y el punto de observación se llama difracción de Fresnel. . Difracción de Fraunhofer de rendija única (2) Difracción de Fraunhofer: la fuente de luz y el punto de observación están infinitamente lejos del obstáculo, es decir, la difracción de luz paralela es difracción de Fraunhofer.
Incluyendo difracción de rendija simple, difracción de orificio redondo, difracción de placa circular y punto de Poisson.
(1) Difracción de rendija
Deja que la luz monocromática emitida por el láser brille sobre la rendija. ¿Qué sucede en la pantalla cuando la rendija pasa de muy ancha a muy pequeña?
Cuando la rendija es muy ancha, el ancho de la rendija es mucho mayor que la longitud de onda de la luz, y el fenómeno de difracción es extremadamente insignificante. La luz se propaga a lo largo de una línea recta, produciendo una línea brillante en la pantalla equivalente al ancho de la rendija, pero cuando el ancho de la rendija se ajusta para que sea muy estrecho y pueda compararse con la onda de luz, la luz obviamente se desvía de la línea; dirección de propagación en línea recta después de pasar a través de la rendija, e ilumina la pantalla. Aparecen franjas de difracción de luz y oscuridad alternadas en un área bastante amplia. Cuanto más pequeña es la rendija, mayor es el rango de difracción y más anchas las franjas de difracción. Pero el brillo es cada vez más tenue.
Prueba: El pie de rey se puede ajustar a la distancia mínima visible a simple vista, y luego se puede ver la fuente de luz del difractómetro a través de esta rendija.
(2) Difracción estenopeica
Cuando el radio del agujero es grande, la luz se propaga a lo largo de una línea recta y se calcula un punto circular brillante del mismo tamaño según la línea recta. se obtiene la propagación en la pantalla. Si reduce el radio del agujero, la imagen de la fuente de luz invertida calculada por propagación lineal aparecerá en la pantalla, es decir, una imagen estenopeica si continúa reduciendo el radio del agujero. , aparecerá en la pantalla un halo de difracción circular de luz y oscuridad alternadas.
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Teoría geométrica de la difracción
La teoría asintótica que utiliza el concepto de rayos para analizar las características de difracción de las ondas electromagnéticas, conocida como GTD . La teoría geométrica es el límite de la solución de la ecuación de campo de onda monocromática cuando la frecuencia se acerca al infinito, por lo que también es una solución asintótica adecuada para situaciones de alta frecuencia. La idea básica de la teoría es aplicar fórmulas asintóticas de soluciones estrictas a la reflexión y refracción de ondas planas uniformes en interfaces planas infinitas, la difracción en el borde de un conductor de cuña semiinfinito y ondas progresivas a lo largo de la superficie de un conductor cilíndrico para señalar ondas esféricas de fuente. O la reflexión y refracción de ondas cilíndricas de fuente lineal en interfaces suaves, difracción en el borde cortante de un conductor de arco y deslizándose a lo largo de la superficie convexa del conductor, y
la teoría geométrica de la difracción
②El coeficiente de reflexión, el coeficiente de difracción y el coeficiente de atenuación de la línea de rastreo adoptan los resultados asintóticos de soluciones estrictas en infinitos bordes rectos y infinitos cilindros.
③Las intensidades de campo de las ondas de proyección, las ondas reflejadas y las ondas de difracción son inversamente proporcionales a la media geométrica de sus radios de curvatura principales. El principio para determinar la matriz de curvatura de las ondas reflejadas y las ondas de difracción es la coincidencia de fases. La llamada coincidencia de fase, como se muestra en la Figura 3, suponiendo que a es un punto de difracción y A┡ es su punto vecino, entonces la diferencia de fase entre el frente de onda de difracción donde se encuentran a y A┡ debe ser la diferencia de fase entre las líneas proyectadas. frente de onda donde a y A┡ se encuentran iguales.
La teoría geométrica de la difracción fue propuesta por primera vez por J.B. Keller en 1957. Más tarde, después del trabajo de muchas personas, se mejoró gradualmente y se utilizó para abordar los problemas de dispersión de muchos objetos de formas especiales y resolver problemas de difracción y difracción utilizando métodos de cálculo numérico. Sin embargo, dado que la fórmula asintótica de la solución estricta no se puede establecer en el área de transición entre el área de sombra y el área de luz, GTD no se puede aplicar en esta área. Para compensar este defecto, J. Bozema y otros propusieron más tarde la teoría asintótica uniforme (UAT). La idea básica de la teoría es multiplicar la onda proyectada por un factor artificial de modo que este factor sea cercano a 1 en el área iluminada, cercano a 0 en el área de sombra y aumente infinitamente en el área de transición como punto de campo. se acerca al límite del área iluminada. Esta teoría también se usa ampliamente para agregar las fórmulas asintóticas de ondas de proyección multiplicadas y ondas de difracción para hacerlas consistentes y continuas. Sin embargo, sólo se basa en una estimación (ansatz) y no se puede aplicar cerca de bordes cortantes ni otras cáusticas como GTD. Sin embargo, la teoría de los rayos tiene muchas ventajas y la gente todavía está explorando formas de mejorarla.
Cuando varias ondas de luz (ondas componentes) se encuentran, la distribución de intensidad de la luz no es igual a la suma de la distribución de intensidad de la luz causada por cada onda componente sola, y se produce el fenómeno de alternancia de luz y oscuridad. Por ejemplo, en la interferencia de doble agujero de Young (ver el experimento de interferencia de Young), las ondas que salen de cada agujero H1 o H2 son ondas miembro. Cuando el agujero es pequeño, la distribución de intensidad de la luz I1(x) causada por la onda miembro que sale del agujero H1 es casi uniforme en un rango considerable. Lo mismo ocurre con la distribución de intensidad de la luz I2(x) causada únicamente por las ondas del miembro que salen del agujero H2. La suma de ambos sigue estando distribuida de manera más o menos uniforme. Sin embargo, la distribución de intensidad de la luz I(x) causada por las dos ondas componentes cambia significativamente con la posición x, que obviamente no es igual a I┡(x).
Cada onda componente por sí sola causa una intensidad de luz aproximadamente uniforme La distribución equivale a exigir que cada onda componente en sí misma no tenga una difracción obvia, porque la difracción también causará franjas claras y oscuras (difracción de la luz visible). Por lo tanto, cuando varias ondas miembro se encuentran e interfieren en una determinada región del espacio, debería significar que la difracción de cada onda miembro puede ignorarse en esta región.
Cabe señalar que la intensidad de la luz mencionada anteriormente no es el valor instantáneo de la intensidad del campo de luz (proporcional al cuadrado de la amplitud), sino el valor promedio de la intensidad del campo de luz dentro de un tiempo determinado. intervalo δt o valor integral; la longitud de δt depende del rendimiento del dispositivo o equipo de detección. Por ejemplo, cuando se observa con el ojo humano, δt es el tiempo de permanencia visual; cuando se dispara con película, δt es el tiempo de exposición.
El fenómeno de interferencia suele manifestarse como una distribución bastante estable de franjas claras y oscuras en el espacio; en ocasiones, cuando un parámetro del dispositivo de interferencia cambia con el tiempo, la intensidad de la luz recibida en un punto fijo se alterna según; un patrón determinado.
El descubrimiento del fenómeno de interferencia de la luz jugó un papel imborrable en la evolución histórica desde la teoría de las partículas de la luz hasta la teoría de las fluctuaciones de la luz. En 1801, T. Young propuso el principio de interferencia y realizó por primera vez un experimento de interferencia de doble rendija, además de explicar el color formado por la película.
En 1811, Arago estudió por primera vez el fenómeno de interferencia de la luz polarizada. En los tiempos modernos, la interferencia óptica se ha utilizado ampliamente en muchos campos, como la medición de precisión, la observación astronómica, el análisis de tensión fotoelástica, el control automático en el procesamiento óptico de precisión, etc.
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Condiciones de producción
Resumen
Solo coherencia con la misma frecuencia, diferencia de fase constante [1] y el Misma dirección de vibración. Sólo una fuente de luz puede producir interferencias ópticas. La luz emitida por dos fuentes de luz independientes ordinarias no puede tener la misma frecuencia, y mucho menos una diferencia de fase fija, por lo que no pueden interferir.
Método específico
Para mantener estable la distribución de intensidad de la luz del campo de onda sintética dentro de un intervalo de tiempo δt, se requiere que: ① La frecuencia v (y por lo tanto la longitud de onda λ) de cada onda componente es la misma; ②La diferencia en la fase inicial de dos ondas componentes cualesquiera permanece sin cambios dentro de δ t. La condición (2) significa que normalmente no habrá interferencia cuando se encuentren varias fuentes de luz que emiten de forma independiente, incluso si las La frecuencia de la luz emitida es la misma. La razón es que la luz emitida por la fuente de luz suele ser un gran número de trenes de ondas con distribuciones aleatorias de interferencia de luz con fases iniciales, y la duración de cada tren de ondas no supera el orden de 10 segundos. La fase inicial de la onda cambia aleatoriamente cada 10 segundos. Además, las fases iniciales de los trenes de ondas emitidos por dos fuentes de luz independientes no están estadísticamente correlacionadas. Es concebible que cuando las ondas de luz emitidas por estas fuentes de luz independientes se encuentren, solo se produzca un determinado patrón de rayas en muy poco tiempo, y cada 10 segundos, sea reemplazado por otro patrón. Hasta el momento, ningún equipo de detección o registro ha sido capaz de seguir el ritmo de cambios tan drásticos, por lo que lo que se observa es el efecto promedio de la gran cantidad de patrones mencionados anteriormente, es decir, una distribución uniforme de la intensidad de la luz en lugar de alternancia de luz y rayas oscuras. Los láseres especiales modernos han creado trenes de ondas de decenas de kilómetros de largo, lo que significa que la duración del tren de ondas es del orden de 10 segundos. Por lo tanto, se puede decir que si se utiliza un detector con una resolución temporal δt inferior a 10 segundos (tal dispositivo es posible), también se puede observar la interferencia de ondas de luz de la misma frecuencia emitidas por dos láseres independientes. Además, tomando como ejemplo la interferencia de doble onda, también se requiere que: (3) las amplitudes de las dos ondas no puedan ser muy diferentes ④ en el punto de superposición, los planos de polarización de las dos ondas deben ser aproximadamente iguales; .
Cuando no se cumple la condición ③, en principio aún se pueden producir franjas de interferencia, pero la diferencia entre franjas claras y oscuras no es grande y el fenómeno de interferencia no es obvio. El requisito de la condición (4) es necesario porque cuando los planos de polarización de dos ondas de luz son perpendiculares entre sí, sin importar cuál sea la diferencia de fase fija entre ellas, la intensidad de la luz del campo sintético es el mismo valor y no se mostrará. alternancia de luz y oscuridad (Para observar la alternancia de luz y oscuridad, es necesario utilizar un elemento polarizador).
Los cuatro puntos anteriores se conocen comúnmente como condiciones relevantes. Dos o más fuentes de luz u ondas de luz que cumplen estas condiciones se denominan fuentes de luz coherentes u ondas de luz coherentes.
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Generar ondas de luz coherentes
Resumen
El método para obtener un conjunto de ondas de luz coherentes a partir de una luz general. La fuente es utilizar algunos dispositivos ópticos (dispositivos de interferencia) que dividen la onda de luz (onda de fuente) emitida por una fuente de luz en varias ondas. Debido a que estas ondas provienen de la misma onda fuente, cuando la fase inicial de la onda fuente cambia, la fase inicial de cada onda componente cambia en la misma cantidad, por lo que la diferencia de fase entre ellas permanece sin cambios. Al mismo tiempo, las direcciones de polarización de cada onda miembro también son consistentes con la onda fuente, por lo que sus direcciones de polarización en el punto de detección también son aproximadamente las mismas. Los dispositivos de interferencia general también pueden hacer que las amplitudes de cada onda miembro no sean muy diferentes. Por lo tanto, cuando la fuente de luz emite luz de una única frecuencia, se pueden cumplir las cuatro condiciones anteriores y se produce interferencia. Cuando una fuente de luz emite muchos componentes de frecuencia, cada componente de frecuencia (correspondiente a un determinado color) produce un conjunto correspondiente de franjas y, cuando se superponen, aparecen franjas de colores.
Método de división del frente de onda
Método de división del frente de onda. El frente de onda de la fuente de luz puntual se divide en dos partes, que pasan respectivamente a través de dos grupos ópticos. Después de la reflexión, refracción o difracción, se superponen y forman interferencias en un área determinada. Debido a que cualquier parte de un frente de onda puede ser tratada como una nueva fuente de luz, y cada parte del mismo frente de onda interfiere con la misma fase, estas partes separadas del frente de onda pueden actuar como fuentes de luz con la misma fase inicial, independientemente de la fase de La fuente puntual no importa qué tan rápido cambie, la diferencia de fase inicial de estas fuentes de luz es constante. La doble rendija de Young, el doble espejo de Fresnel y el espejo Love son todos estos dispositivos de interferómetro de frente de onda.
Método de amplitud fraccional
Método de amplitud fraccional. Cuando se proyecta un haz de luz sobre la interfaz de dos medios transparentes, parte de la energía luminosa se refleja y otra se refracta. Este método se llama método de amplitud fraccionaria.
El dispositivo de interferencia fraccional más simple es una película delgada. Es un fenómeno de interferencia causado por la luz incidente reflejada secuencialmente por las superficies superior e inferior de la película transparente. Estas ondas de luz reflejadas se encuentran en el espacio. Debido a que la luz reflejada de las superficies superior e inferior de la película proviene de dos partes de la misma luz incidente pero tiene una diferencia de fase constante a través de diferentes caminos, son luz coherente. Otro tipo importante de interferómetro de estructura es el interferómetro de Michelson.
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Bandas de interferencia
Entre varias franjas de interferencia, las franjas de interferencia isoclínicas y las franjas de interferencia isogruesas son dos franjas de interferencia típicas. Supongamos que una fuente de luz emite luz monocromática (o usa un filtro para extraer una luz monocromática de múltiples longitudes de onda de luz emitidas por la fuente de luz). Cuando la luz de múltiples longitudes de onda emitida por una fuente de luz interfiere, se forman franjas de interferencia de colores (ver franjas de luz blanca).
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Clasificación de interferencia
Interferencia de doble onda de luz
Es decir, la interferencia de dos ondas componentes. La interferencia de doble rendija de doble agujero de Young, la interferencia de doble espejo de Fresnel que involucra anillos de Newton, etc., pertenecen a esta categoría. Las franjas claras y oscuras formadas por la interferencia de ondas de luz duales no son nítidas, pero la distribución de la intensidad de la luz cambia de forma sinusoidal, lo cual es una característica de la interferencia de ondas de luz duales. La interferencia de múltiples luces puede formar rayas finas y puntiagudas.
Interferencia óptica múltiple
Es decir, la interferencia de más de dos ondas componentes. La película de Rue Jamming Mogak entra en esta categoría. En la figura, A es una placa de vidrio paralela con una ventana de entrada inclinada BC en un extremo. La onda fuente emitida desde S ingresa a la placa de vidrio a través de BC y se refleja varias veces entre sus superficies superior e inferior. Con cada reflejo de la superficie superior, un giro se dispara simultáneamente en el aire. Cada onda refractada en el aire es un conjunto de ondas componentes causadas por la misma onda fuente en una amplitud fraccionaria. Se observan franjas de interferencia en el plano focal π de la lente l. La diferencia de fase entre dos ondas adyacentes en el punto P es la fórmula 1, donde λ es la longitud de onda de la onda de luz en el vacío, n es el índice de refracción del vidrio y t. es el espesor de la lámina de vidrio β es el ángulo entre la línea auxiliar del camino de la luz en la lámina de vidrio y la superficie normal. Las franjas de distribución de intensidad de la luz en la superficie receptora son muy finas y nítidas, lo cual es una característica de la interferencia de ondas luminosas múltiples.
Interferencia de luz polarizada
En la interferencia anterior, se puede considerar que la dirección de polarización de cada onda componente es aproximadamente la misma en el punto de inspección. ¿Cómo interferir con la luz polarizada cuando los planos de polarización de las dos ondas componentes que participan en la interferencia tienen un cierto ángulo (por ejemplo, 90°)?
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Aplicación de la aplicación
Según el principio de interferencia de la luz, la longitud se puede medir con precisión. Por ejemplo, el interferómetro de Michelson se utiliza para calibrar la longitud de los calibres de bloque. El método es: utilizar un rayo láser (longitud de onda λ) con buena monocromaticidad como fuente de luz e instalar contactos de precisión en el brazo del espejo móvil del interferómetro de Michelson. Primero, el contacto hace contacto con un extremo del medidor de bloque y luego se retira el medidor de bloque para mover el espejo móvil. En este momento, cada vez que mueve λ/2, la diferencia de trayectoria óptica entre las trayectorias ópticas de los dos brazos aumenta en λ, lo que hace que el detector colocado en el centro del campo de interferencia genere un cambio de intensidad, lo que hace que el contador aumente en 1. Hasta que el contacto toque la superficie de la base (el otro extremo del medidor de bloque originalmente descansa sobre la superficie de la base). Si el incremento total del contador es n, la longitud medida del calibre del bloque es
Ecuación 2 Un dispositivo preciso puede hacer que n sea menor que 0,1, por lo que el error de medición de la longitud es menor que λ/20.
El fenómeno de interferencia también se puede utilizar para detectar ligeras diferencias en la geometría de la superficie de la pieza de trabajo durante el procesamiento y los requisitos de diseño. Por ejemplo, si desea procesar una superficie plana, primero puede utilizar tecnología de precisión para crear una placa de vidrio plana (plantilla) de alta precisión. Haga que la superficie plana de la plantilla entre en contacto con la superficie de la pieza de trabajo a probar, de modo que se forme una película de aire entre las dos superficies. Si la superficie que se mide es realmente un buen plano, la película de aire será uniformemente gruesa o tendrá forma de cuña regular en todas partes. Cuando se ilumina con luz, la intensidad de la luz de interferencia formada por la película es uniforme o franjas rectas paralelas equiespaciadas. Si en algunas zonas la superficie medida se desvía del plano, la intensidad de la interferencia aquí es diferente a la del resto o las franjas de interferencia aparecen curvadas. De los cambios marginales se puede deducir que la superficie medida se desvía del plano. Es fácil observar que la desviación es una fracción de la longitud de onda.
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Explicación
(1) Si la intensidad en varios lugares en el área superpuesta no es exactamente la misma y forma una cierta distribución de intensidad, la imagen fija se llama patrón de interferencia. Es decir, para un lugar determinado en el espacio, la intensidad luminosa total después de la superposición de interferencias no es necesariamente igual a la superposición de la intensidad luminosa de los haces parciales, pero puede ser mayor, igual o menor que la intensidad luminosa. de los haces parciales. Esto está determinado por el principio de superposición de ondas (es decir, la suma de picos y picos es el doble del pico).
②La fuente de luz independiente habitual no tiene nada que ver.
Esto se debe a que la radiación luminosa generalmente es generada por los electrones externos de los átomos y luego regresa automáticamente a su estado normal. Debido a la pérdida de energía de los átomos radiantes y a la interacción con los átomos circundantes, el proceso de radiación de un solo átomo es caótico, frecuentemente interrumpido y dura poco tiempo. Incluso en el caso de gases extremadamente finos que emiten luz, la interacción con los átomos circundantes se ha reducido al mínimo y la duración de la radiación de un solo átomo no supera los 10-8 segundos. Cuando se interrumpe la radiación de un átomo, cuando se excita, vuelve a irradiar, pero con una nueva rima. En otras palabras, las ondas de luz radiadas por los átomos no son una serie de ondas armónicas simples continuas cuya amplitud y frecuencia no cambian con el tiempo, es decir, no son luz monocromática ideal sino, como se muestra en la figura, la amplitud y la frecuencia. El cambio de frecuencia en un tiempo muy corto (como τ=10-8s) permanece aproximadamente sin cambios y aparece como una serie de armónicos simples con longitud limitada en el espacio. Además, no existe una regla determinada entre las fases iniciales de los trenes de ondas luminosas irradiadas por diferentes átomos. La suma de estas fases iniciales intermitentes, largas o cortas, irregulares constituye la onda luminosa macroscópica. Debido a la complejidad de la radiación atómica, los patrones de interferencia superpuestos en diferentes instantes se reemplazan entre sí con tanta rapidez y de manera tan irregular que los instrumentos de detección convencionales no pueden detectar el fenómeno de interferencia de corta duración de la interferencia luminosa.
Aunque la luz emitida por diferentes átomos o el mismo átomo en diferentes momentos no está correlacionada, la interferencia de luz real no es tan exigente para la fuente de luz. La linealidad de las fuentes de luz es mucho mayor que la longitud de onda de los átomos o incluso de la luz, y no emitirán luz coherente al mismo tiempo. Esto se debe a que el fenómeno de interferencia real es el resultado de un promedio estadístico macroscópico de la luz emitida por un gran número de átomos. Desde una perspectiva microscópica, los fotones sólo pueden interferir entre sí y los diferentes fotones no importan. El fenómeno de interferencia macroscópica es el efecto promedio estadístico de una gran cantidad de resultados de interferencia de fotones.
(3) Con la aparición de los láseres en la década de 1960, la coherencia de las fuentes de luz ha mejorado enormemente. Al mismo tiempo, con la aparición de instrumentos de detección fotoeléctrica rápida, la constante de respuesta de tiempo del instrumento de detección se ha acortado, de modo que se puede observar el fenómeno de interferencia de dos fuentes de luz independientes. Además, los libros de texto actuales de secundaria ya incluyen experimentos de interferencia lumínica, utilizando láseres o la misma bombilla para realizar experimentos a través de dobles rendijas.
En 1963, Magya y Mander utilizaron un convertidor de imágenes con una constante de tiempo de 10-8 ~ 10-9 segundos para fotografiar las franjas de interferencia de la luz láser emitida por dos láseres de rubí independientes. Hay 23 franjas de interferencia visualmente distinguibles.
④ Obtener luz coherente. Para las fuentes de luz ordinarias, garantizar una diferencia de fase constante se convierte en la clave para lograr interferencias. Para resolver la contradicción entre los cambios irregulares y rápidos en la fase inicial y la diferencia de fase constante requerida para formar franjas de interferencia, las ondas de luz emitidas por el mismo átomo se pueden descomponer en dos o más columnas, de modo que cada haz de luz se encuentra después de pasar por un camino óptico diferente. De esta manera, aunque la fase inicial de la fuente de luz original cambia con frecuencia, todavía puede haber una diferencia de fase constante entre algunos de los haces de luz, por lo que también pueden producirse interferencias.
⑤El fenómeno de interferencia de la luz es la evidencia experimental más directa y poderosa de la fluctuación de la luz. La interferencia de la luz no puede explicarse en absoluto mediante el modelo de partículas de Newton y sólo puede explicarse completamente mediante la teoría ondulatoria. Según el modelo de partículas de Newton, el número de partículas en los dos haces de luz debería ser igual a la suma del número de partículas en cada haz de luz, pero el fenómeno de interferencia de la luz significa que el número de partículas ha cambiado y la El número de partículas se distribuye más que en la etapa de interferencia. Cuando la interferencia se cancela, el número de partículas es menor que un solo haz de luz, o incluso cero. Estos problemas son difíciles de explicar utilizando modelos de partículas. Observar el fenómeno de interferencia de la luz desde otro ángulo es también una poderosa negación del modelo de partículas de la luz. Como la luz siempre viaja a una velocidad de 3×10 8 m/s en el vacío, la velocidad de la luz no se puede cambiar artificialmente (a menos que la velocidad sea diferente en diferentes medios). Pero para un medio dado, la velocidad de la luz también es cierta). No hay ningún punto en el que la luz se cancele por interferencia. Entonces, según el modelo de partículas de Newton, las partículas siempre deberían moverse en línea recta a una velocidad de 3 × 10 8 m/s. Entonces, ¿a dónde van estas partículas de luz cuando la interferencia las cancela? Si dos corrientes de partículas se encuentran en estos puntos y se detienen debido a una colisión, ¿qué son exactamente las partículas de luz detenidas (es decir, la velocidad ya no es 3 × 108 m/s, sino que se vuelve cero)? Si se mueve a un lugar donde la interferencia es complementaria, ¿qué fuerza lo hace moverse allí? Estas preguntas no pueden responderse con el modelo de partículas de Newton. Sin embargo, la teoría ondulatoria puede explicar de manera convincente que la función de resolución de las posiciones constructivas y destructivas de las interferencias y la distribución de la intensidad luminosa del patrón de interferencias pueden derivarse cuantitativamente de la superposición de ondas en el espacio según una relación de fase determinada.
Así que el fenómeno de interferencia es el resultado inevitable de la superposición coherente de ondas. Esto sin duda confirma la fluctuación de la luz, y podemos extenderlo aún más a otros fenómenos. Cualquier fenómeno con un patrón de interferencia con una determinada distribución de intensidad puede considerarse como la evidencia experimental más confiable y poderosa de que este fenómeno tiene una naturaleza fluctuante.
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Filología
Traducido y corregido por Misheng, Wulang, Yang y otros. Principios de Óptica, Volumen 1; Traducido y editado por Huang Letian y otros: Volumen 2 de "Principios de Óptica", Science Press, Beijing, 1978, 1981. (M. Born y E. Wolfe, "Principles of Optics", 5ª ed., Oxford, Pergamon Press, 1975.) F. A. Jenkins y H. E. White, "Fundamentals of Optics", vol. , McGraw-Hill, Sociedad Elemental, 1976.