Interferenca
Interferenca je vzorec ojačitev in oslabitev, ki nastane pri prekrivanju valov. Samo seštevanje opisuje načelo superpozicije; stabilen interferenčni vzorec pa zahteva tudi dovolj stalen fazni odnos med valovi.
Superpozicija in faza
V linearnem mediju se trenutni odmiki ali polja seštevajo. Dva vala z enako frekvenco in enako fazo se ojačata, v nasprotni fazi pa se lahko delno ali popolnoma izničita, če imata ustrezni amplitudi.
Izničenje na enem mestu ne pomeni, da je energija celotnega sistema izginila. Interferenca energijo prerazporedi: območja manjše intenzitete spremljajo območja, kjer je intenziteta večja.
Potna razlika in pogoji maksimuma
Če vira začneta v isti fazi in ni dodatnega faznega zamika, konstruktivni maksimum nastopi pri δ = mλ, minimum pa pri δ = (m + 1/2)λ. m je celo število.
Ti zvezi sta skrajšan zapis faznega pogoja. Odboj, prehod skozi drugačen medij ali začetna faza virov lahko dodajo dodaten zamik, ki ga moramo vključiti.
Youngove proge
Intenziteta dveh valov
Za dva koherentna svetlobna vala velja I = I₁ + I₂ + 2√(I₁I₂) cos φ. Zadnji člen je interferenčni člen in pokaže, da je rezultat odvisen od faze, ne le od vsote posameznih intenzitet.
Če je I₁ = I₂ = I₀, dobimo I = 4I₀ cos²(φ/2). V maksimumu se amplituda polja podvoji, zato lahko intenziteta doseže 4I₀; v idealnem minimumu lahko enaka prispevka dasta ničelno lokalno intenziteto.
Youngov poskus z dvema režama
Dve ozki reži, osvetljeni z istim virom, delujeta kot koherentna sekundarna vira. Za oddaljen zaslon in majhne kote geometrija da δ ≈ a sin θ ≈ ax/D.
Razdalja med sosednjima svetlima progama je i = λD/a. Zveza predpostavlja D veliko v primerjavi z razmikom rež a in kote dovolj majhne, da velja sin θ ≈ tan θ ≈ x/D.
Koherenca določa vidnost
Koherenca pomeni, da fazni odnos ostane dovolj stabilen v času meritve. Dva neodvisna vira z naključno spreminjajočo se fazo navadno dasta časovno povprečen vzorec brez stalnega kontrasta.
Če frekvenci nista popolnoma enaki, se fazna razlika spreminja s časom. Maksimumi in minimumi se tedaj premikajo ali povprečijo, čeprav superpozicija velja v vsakem trenutku.
Interferenca in uklon
Interferenca dveh rež primerja predvsem dve koherentni poti. Uklon na eni reži nastane zaradi interference prispevkov iz številnih točk iste končne odprtine.
V realnem poskusu z dvema režama imata reži končno širino, zato so drobne interferenčne proge lahko modulirane s širšo uklonsko ovojnico. Oba pojava izvirata iz superpozicije.
Rešeni primeri
1. Potna razlika 1,20 m pri λ = 0,60 m
Rešitev
δ/λ = 2, torej δ = 2λ. Za vira, ki začneta v fazi, dobimo konstruktivni maksimum.
2. Proge svetlobe 600 nm
Rešitev
Za a = 0,30 mm in D = 2,0 m: i = λD/a = 4,0 mm.
3. Enaka vala v nasprotni fazi
Rešitev
Za φ = π in I₁ = I₂ = I₀ zveza da I = 0 v idealnem lokalnem minimumu.