تداخل نور چیست و چگونه ایجاد می شود
علمی و تکنولوژی › علمی
- 97/09/08
حدود دو قرن پیش دو نظریه متفاوت در مورد ماهیت نور وجود داشت. یکی از آنها نظریه ذره ای نور بود که بوسیله آیزاک نیوتن ارائه شده و دیگری نظریه موجی بودن نور نام داشت که توسط کریستیان هویگنس (دانشمند هلندی) مطرح شده بود. بعدها نظریه هویگنس پایه و اساس تحقیقات فیزیکدان دیگری به نام توماس یانگ شدنیوتن معتقد بود که نور جریانی از ذرات بسیار کوچک ماده است که از منبع نور خارج می شوند و در خط مستقیم سیر می کنند. او توضیح می داد که بازتابش نور به این جهت رخ می دهد که ذرات نور درست همانند توپی که به دیواری می خورد و بر می گردد، پس از برخورد با یک سطح صیقلی، بازتابیده می شوند. او پدیده شکست نور را چنین توضیح می داد که از آنجا که نور در محیط هایی همچون آب و شیشه سریع تر از هوا حرکت می کند، پرتوهای آن شکسته می شود. نظریه نیوتن هر چند می توانست به خوبی پدیده بازتابش نور را توضیح دهد، اما نمی توانست به درستی شکست نور را توجیه کند
در مقابل، هویگنس معتقد بود که نور همانند امواجی که از انداختن یک سنگ در آب پدید می آید، دارای حرکت موجی است. او نشان داد که هر یک از رنگ های نور دارای یک طول موج خاص است. به علاوه ثابت کرد که نور در هوا سریع تر از آب و شیشه حرکت می کند. به همین جهت وقتی نور از محیطی شفاف همانند هوا وارد محیط شفاف دیگری همانند آب یا شیشه می شود، مسیر پرتوهایش بطور ناگهانی انحراف می یابد. به این ترتیب او دلیل شکست نور را توضیح داد
در سال ۱۸۰۱ میلادی توماس یانگ نظریه خود را بر اساس نظریه موجی بودن نور مطرح کرد و نشان داد که طبق نظریه هویگنس، نور به صورت موجی حرکت می کند. او برای اثبات این موضوع دست به آزمایش زد. یانگ در این آزمایش روی یک ورق مقوایی دو روزنه کوچک به وجود آورد و آن را مقابل یک منبع نور قرار داد. به این ترتیب از هر روزنه یک پرتو باریک نور خارج می شد. این دو پرتو پس از خروج از منبع خود با هم تلفیق می شدند و طرحی به صورت نوارهای تیره و روشن به وجود می آوردند. به این پدیده، پدیده تداخل و به این نوارهای تیره و روشن، طیف تداخلی می گویند
شرایط تداخل نورها
اختلاف فاز بین دو چشمه باید نسبت به زمان کاملا ثابت باشد. یعنی دو چشمه باید همدوس باشند. دو باریکه روی هم افتاده‌ای که از گسیلنده‌های جداگانه ناشی شده‌اند، باهم تداخل خواهند کرد. اما نقش برآیند مدت نسبت زیادی باقی نخواهد ماند. یک چشمه معمولی شامل شمار زیادی از اتمهای برانگیخته است که هر یک می‌تواند قطار موجی را برای مدتی در حدود 10 ثانیه بتاباند. بنابراین دو چشمه مجزا در زمانی تقریبا در حدود 10 ثانیه می‌توانند، در بهترین حالت فازهای نسبی خود را نگه دارند
متداولترین روش برای رفع این مشکل بکار بردن چشمه برای تولید دو چشمه همدوس است. اگر دو باریکه برای ایجاد یک نقش پایدار باهم تداخل کنند، باید فرکانس تقریبا یکسانی داشته باشند.پیامد یک اختلاف فرکانس قابل توجه اختلاف فازی با تغییر سریع و وابسته به زمان خواهد بود. روشنترین نقشها هنگامی وجود خواهند داشت که اموج تداخل کننده دارای دامنه‌هایی برابر یا تقریبا برابر باشند. بنابراین نواحی مرکزی فریزهای تاریک و روشن به ترتیب با تداخل کاملا ویرانگر یا سازنده متناظر خواهد بود
ابزارهای تداخل سنجی
تداخل سنجهای شکافنده جبهه موج
در این تداخل‌سنجها بخش هایی جبهه موج اولیه یا مستقیما همچون چشمه‌های گسیلنده امواج ثانویه یا در ارتباط با ابزارهای نوری ، برای تولید چشمه‌های مجازی ثانویه بکار می‌روند. پس این امواج ثانویه به هم رسانده شده ، در نتیجه باهم تداخل می‌کنند. از جمله تداخل‌سنجهای شکافنده جبهه موج ، آزمایش معروف یانگ است، که نور منبع بعد از عبور از دو شکاف موازی دامنه‌اش شکافته می‌شود. از ابزارهای دیگر آینه دوگانه فرنل ، شامل دو آینه نقره اندود با زاویه بسیار کوچک است. منشور دوگانه فرنل شامل دو منشور نازک است که پایه‌های آنها بهم چسبیده‌اند. آینه لوید یکی دیگر از این ابزارها هست که نقش فریز آن مکمل نقش تداخل سنج یانگ است
تداخل سنجهای شکافنده دامنه
این تداخل سنجها خود موج اولیه به دو بخش تقسیم می‌شوند که پیش از ترکیب مجدد و تداخل ، مسیرهای متفاوتی را می‌پیمایند. اگر دو موج جدا شده به نحوی بتوانند دوباره در یک آشکار ساز بهم برسند، مادامی که همدوسی اصلی بین این دو موج از بین نرفته است، تداخل نتیجه خواهد داد. تداخل‌سنج ماخ زنور نمونه‌ای از این تداخل سنجها است. این تداخل سنج بین مسیرهای نوری می‌تواند بوسیله کجی ناچیزی در یکی از باریکه شکافها پدید آید. وسیله دیگر تداخل سنج ساگناک است که شامل چهار بازو است. البته یک نوع از این تداخل‌سنج شامل سه بازو است و در بیشتر مواقع به عنوان ژیروسکوپ بکار گرفته می‌شوند.
