ສູດການແຊກແຊງແສງ
ການແຊກແຊງແສງແມ່ນປະກົດການທີ່ເກີດຂຶ້ນເມື່ອຄື້ນແສງສອງຄື້ນຫຼືຫຼາຍກວ່ານັ້ນພົບກັນ ແລະ ພົວພັນກັນ, ເຮັດໃຫ້ເກີດຮູບແບບຂອງການແຈກຢາຍຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງທີ່ສາມາດເສີມ ຫຼື ອ່ອນແຮງລົງເຊິ່ງກັນແລະກັນ. ປະກົດການນີ້ສາມາດສັງເກດໄດ້ໃນສະຖານະການຕ່າງໆ, ເຊັ່ນ: ການທົດລອງແບບສອງຊ່ອງ, ການທົດລອງແບບຟິມບາງ, ແລະ ການທົດລອງການແຊກແຊງຂອງ Michelson. ບົດຄວາມນີ້ຈະປຶກສາຫາລືກ່ຽວກັບທິດສະດີພື້ນຖານຂອງການແຊກແຊງແສງ, ສູດທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການແຊກແຊງ, ແລະ ການນຳໃຊ້ຕົວຈິງຫຼາຍຢ່າງໃນຊີວິດປະຈຳວັນ.
ທິດສະດີພື້ນຖານຂອງການແຊກແຊງແສງ
ການແຊກແຊງແສງເກີດຂຶ້ນເມື່ອຄື້ນແສງສອງຄື້ນທີ່ສອດຄ່ອງກັນພົບກັນ. ຄື້ນແສງຖືກເອີ້ນວ່າສອດຄ່ອງກັນຖ້າພວກມັນມີຄວາມແຕກຕ່າງຂອງເຟສຄົງທີ່ ແລະ ຄວາມຍາວຄື້ນດຽວກັນ. ເມື່ອຄື້ນສອງຄື້ນພົບກັນ, ຄວາມກວ້າງຂອງຄື້ນທັງໝົດໃນແຕ່ລະຈຸດແມ່ນຜົນບວກເວັກເຕີຂອງຄວາມກວ້າງຂອງຄື້ນສອງຄື້ນ. ການແຊກແຊງມີສອງປະເພດຫຼັກຄື:
1. ການແຊກແຊງແບບສ້າງສັນ: ເກີດຂຶ້ນເມື່ອຈຸດສູງສຸດຂອງຄື້ນໜຶ່ງພົບກັບຈຸດສູງສຸດຂອງຄື້ນອື່ນ, ດັ່ງນັ້ນຄວາມກວ້າງຂອງຄື້ນທັງໝົດຈຶ່ງໃຫຍ່ຂຶ້ນ. ການແຊກແຊງແບບສ້າງສັນສ້າງພື້ນທີ່ສະຫວ່າງໃນຮູບແບບການແຊກແຊງ.
2. ການແຊກແຊງແບບທຳລາຍ: ເກີດຂຶ້ນເມື່ອຈຸດສູງສຸດຂອງຄື້ນໜຶ່ງພົບກັບຈຸດຕ່ຳຂອງຄື້ນອື່ນ, ເຊິ່ງສົ່ງຜົນໃຫ້ແອມພລິຈູດທັງໝົດນ້ອຍລົງ ຫຼື ແມ່ນແຕ່ສູນ. ການແຊກແຊງແບບທຳລາຍສ້າງພື້ນທີ່ມືດໃນຮູບແບບການແຊກແຊງ.
ສູດການແຊກແຊງຊ່ອງສອງຊັ້ນ
ໜຶ່ງໃນການທົດລອງແບບຄລາສສິກທີ່ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງການແຊກແຊງຂອງແສງແມ່ນການທົດລອງແບບສອງຊ່ອງທີ່ດຳເນີນໂດຍ Thomas Young ໃນຕົ້ນສະຕະວັດທີ 19. ໃນການທົດລອງນີ້, ແສງໄດ້ຖືກສົ່ງຜ່ານຊ່ອງແຄບສອງຊ່ອງທີ່ຢູ່ຕິດກັນ, ເຮັດໃຫ້ເກີດຮູບແບບການແຊກແຊງຢູ່ເທິງໜ້າຈໍທີ່ຢູ່ເບື້ອງຫຼັງຊ່ອງດັ່ງກ່າວ. ສູດທີ່ໃຊ້ເພື່ອຄິດໄລ່ຕຳແໜ່ງຂອງແຖບແສງ ແລະ ແຖບມືດໃນຮູບແບບການແຊກແຊງແມ່ນ:
\[ d \sin \theta = n \lambda \] (ສຳລັບແຖບສະຫວ່າງ)
\[ d \sin \theta = (n + \frac{1}{2}) \lambda \] (ສຳລັບແຖບມືດ)
ຢູ່ໃສ:
-d ແມ່ນໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງສອງຊ່ອງຫວ່າງ
- θ ແມ່ນມຸມທີ່ສ້າງຂຶ້ນໂດຍເສັ້ນຈາກຮອຍແຕກໄປຫາຈຸດເທິງໜ້າຈໍ.
- n ແມ່ນລຳດັບຂອງແຖບສີອ່ອນ ຫຼື ແຖບສີເຂັ້ມ (n = 0, 1, 2, …).
- λ ແມ່ນ ຄວາມຍາວຄື້ນຂອງແສງທີ່ໃຊ້.
ສູດການແຊກແຊງໃນຊັ້ນບາງໆ
ການແຊກແຊງຍັງສາມາດເກີດຂຶ້ນໄດ້ໃນຟິມບາງໆ, ເຊັ່ນ: ຟິມນ້ຳມັນເທິງຟິມນ້ຳ ຫຼື ຟິມສະບູ. ໃນກໍລະນີເຫຼົ່ານີ້, ການແຊກແຊງແມ່ນເກີດຈາກແສງທີ່ສະທ້ອນອອກຈາກໜ້າ ແລະ ຫຼັງຂອງຟິມ. ຄວາມໜາຂອງຟິມ ແລະ ດັດຊະນີການຫັກເຫຂອງວັດສະດຸກຳນົດເງື່ອນໄຂສຳລັບການແຊກແຊງທີ່ສ້າງສັນ ແລະ ທຳລາຍ. ສູດທົ່ວໄປສຳລັບການແຊກແຊງໃນຟິມບາງໆແມ່ນ:
\[ 2t = (m + \frac{1}{2}) \frac{\lambda}{n} \] (ສຳລັບການແຊກແຊງທີ່ສ້າງສັນ)
\[ 2t = m \frac{\lambda}{n} \] (ສຳລັບການແຊກແຊງທີ່ທຳລາຍ)
ຢູ່ໃສ:
- t ແມ່ນ ຄວາມໜາຂອງຟິມ
- m ເປັນຈຳນວນເຕັມ (0, 1, 2, …).
- λ ແມ່ນ ຄວາມຍາວຄື້ນຂອງແສງ
- n ແມ່ນ ດັດຊະນີການຫັກເຫຂອງຟິມບາງໆ.
ມິເຊລສັນ ອິນເຕີເຟໂຣມິເຕີ
ເຄື່ອງວັດແທກຄວາມຖີ່ຂອງແສງ Michelson ແມ່ນອຸປະກອນທີ່ໃຊ້ຫຼັກການແຊກແຊງເພື່ອວັດແທກຄວາມຍາວຄື້ນແສງ, ການປ່ຽນແປງດັດຊະນີການຫັກເຫ, ຫຼືຄວາມຍາວທາງແສງດ້ວຍຄວາມແມ່ນຍຳສູງ. ເຄື່ອງວັດແທກຄວາມຖີ່ປະກອບດ້ວຍແຫຼ່ງແສງ, ກະຈົກເຄິ່ງໂປ່ງໃສ (ຕົວແຍກລຳແສງ), ແລະກະຈົກສະທ້ອນສອງອັນ. ແສງຈາກແຫຼ່ງແສງຖືກແຍກອອກເປັນສອງລຳແສງໂດຍເຄື່ອງແຍກລຳແສງ, ສະທ້ອນໂດຍກະຈົກສອງອັນ, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນລວມເຂົ້າກັນໃໝ່ໂດຍເຄື່ອງແຍກລຳແສງເພື່ອສ້າງຮູບແບບການແຊກແຊງ.
ສູດພື້ນຖານທີ່ໃຊ້ໃນ interferometer Michelson ແມ່ນ:
\[ \Delta L = m \lambda \]
ຢູ່ໃສ:
- ΔL ແມ່ນຄວາມແຕກຕ່າງຂອງຄວາມຍາວເສັ້ນທາງແສງລະຫວ່າງສອງລຳແສງ.
- m ແມ່ນຈຳນວນແຖບແຊກແຊງທີ່ສັງເກດເຫັນ.
- λ ແມ່ນ ຄວາມຍາວຄື້ນຂອງແສງ
ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກການແຊກແຊງແສງ
ການແຊກແຊງແສງມີການນໍາໃຊ້ຕົວຈິງຫຼາຍຢ່າງໃນຊີວິດປະຈໍາວັນ ແລະ ເຕັກໂນໂລຢີທີ່ທັນສະໄຫມ:
1. ທັດສະນະວິທະຍາທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍໍາສູງ: ການແຊກແຊງຖືກນໍາໃຊ້ໃນເຄື່ອງມືວັດແທກທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍໍາສູງ, ເຊັ່ນ: ເຄື່ອງແຊກແຊງ Michelson, ເພື່ອວັດແທກຄວາມຍາວຄື້ນຂອງແສງ, ການປ່ຽນເຟສ, ແລະ ຄວາມໜາຂອງຟິມບາງໆ.
2. ການເຄືອບຕ້ານການສະທ້ອນ: ເຕັກນິກການແຊກແຊງແມ່ນໃຊ້ເພື່ອອອກແບບການເຄືອບຕ້ານການສະທ້ອນໃນເລນກ້ອງຖ່າຍຮູບ ແລະ ແວ່ນຕາ. ການເຄືອບເຫຼົ່ານີ້ຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນການສະທ້ອນແສງໂດຍການສ້າງການແຊກແຊງທີ່ທຳລາຍ.
3. ການວິເຄາະແສງແບບສະເປກໂຕຣສະໂຄປີ: ການແຊກແຊງແມ່ນໃຊ້ໃນການວິເຄາະແສງແບບຟູຣຽຣ໌-ທຣານສະຟອມ (FTIR) ເພື່ອວິເຄາະສະເປກຕຣຳຂອງແສງທີ່ສະທ້ອນ ຫຼື ສົ່ງຕໍ່ໂດຍຕົວຢ່າງ.
4. ການສື່ສານທາງແສງ: ໃນເຕັກໂນໂລຊີເສັ້ນໄຍແກ້ວນຳແສງ, ການແຊກແຊງຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອວັດແທກ ແລະ ຄວບຄຸມຄຸນນະພາບຂອງສັນຍານແສງທີ່ສົ່ງຜ່ານເສັ້ນໄຍແກ້ວນຳແສງ.
5. ໂຮໂລກຣາຟີ: ໂຮໂລກຣາຟີແມ່ນເຕັກນິກການຖ່າຍພາບທີ່ໃຊ້ການແຊກແຊງແສງເພື່ອບັນທຶກ ແລະ ສ້າງຮູບພາບສາມມິຕິຄືນໃໝ່.
ຕົວຢ່າງຂອງບັນຫາການແຊກແຊງແສງ
ເພື່ອຊີ້ແຈງຄວາມເຂົ້າໃຈຂອງພວກເຮົາກ່ຽວກັບການແຊກແຊງແສງ, ໃຫ້ພວກເຮົາພິຈາລະນາຕົວຢ່າງຄຳຖາມບາງຢ່າງ:
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ 1: ການແຊກແຊງແບບຊ່ອງສອງຊັ້ນ
ໂດຍໃຫ້ແສງທີ່ມີຄວາມຍາວຄື່ນ 600 nm ຜ່ານສອງຮອຍແຕກຫ່າງກັນ 0,5 ມມ, ໃຫ້ຄິດໄລ່ມຸມສຳລັບແຖບສະຫວ່າງທຳອິດ (n=1) ເທິງໜ້າຈໍທີ່ຢູ່ໄກຈາກຮອຍແຕກ.
ວິທີແກ້ໄຂ:
ໃຊ້ສູດການແຊກແຊງສອງຊ່ອງສຳລັບແຖບສະຫວ່າງ:
\[d \sin \theta = n \lambda \]
ແທນຄ່າທີ່ຮູ້ຈັກ:
\[ 0,5 \ຄູນ 10^{-3} \sin \theta = 1 \ຄູນ 600 \ຄູນ 10^{-9} \]
\[ \sin \theta = \frac{600 \ຄູນ 10^{-9}}{0,5 \ຄູນ 10^{-3}} \]
\[ \sin \theta = 1,2 \ຄູນ 10^{-3} \]
\[ \theta \approx \arcsin(1,2 \times 10^{-3}) \approx 0,069 \text{ ອົງສາ} \]
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ 2: ການແຊກແຊງຂອງຟິມບາງໆ
ວາງຟິມບາງໆທີ່ມີດັດຊະນີການຫັກເຫ 1,5 ແລະ ໜາ 300 nm ໃສ່ເທິງຊັ້ນຮອງພື້ນ. ຄິດໄລ່ຄວາມຍາວຄື້ນຂອງແສງທີ່ຜ່ານການແຊກແຊງທີ່ສ້າງສັນ ຖ້າແສງຕົກกระทบກັບຟິມ.
ວິທີແກ້ໄຂ:
ໃຊ້ສູດການແຊກແຊງທີ່ສ້າງສັນໃນຊັ້ນບາງໆ:
\[ 2t = (m + \frac{1}{2}) \frac{\lambda}{n} \]
ສຳລັບການແຊກແຊງທີ່ສ້າງສັນຄັ້ງທຳອິດ (m=0):
\[ 2 \ຄູນ 300 \ຄູນ 10^{-9} = \frac{1}{2} \frac{\lambda}{1,5} \]
\[ 600 \ຄູນ 10^{-9} = \frac{\lambda}{3} \]
\[ \lambda = 1800 \ຄູນ 10^{-9} \]
\[ \lambda = 600 \text{ nm} \]
ສະຫຼຸບ
ການແຊກແຊງແສງເປັນປະກົດການທີ່ສຳຄັນໃນຟີຊິກທາງດ້ານແສງທີ່ມີບົດບາດສຳຄັນໃນການນຳໃຊ້ເຕັກໂນໂລຢີຕ່າງໆ. ໂດຍການເຂົ້າໃຈສູດທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການແຊກແຊງແສງ, ເຊັ່ນສູດທີ່ໃຊ້ໃນການທົດລອງແບບສອງຊ່ອງ, ການແຊກແຊງແບບຟິມບາງ, ແລະ ເຄື່ອງວັດແທກການແຊກແຊງຂອງ Michelson, ພວກເຮົາສາມາດວິເຄາະ ແລະ ນຳໃຊ້ປະກົດການນີ້ເພື່ອຈຸດປະສົງທາງວິທະຍາສາດ ແລະ ເຕັກນິກຕ່າງໆ. ປະກົດການນີ້ບໍ່ພຽງແຕ່ຊ່ວຍໃຫ້ພວກເຮົາເຂົ້າໃຈລັກສະນະພື້ນຖານຂອງແສງເທົ່ານັ້ນ ແຕ່ຍັງໃຫ້ເຄື່ອງມືສຳລັບນະວັດຕະກຳໃນຂົງເຂດຕ່າງໆ, ຕັ້ງແຕ່ທັດສະນະວິທະຍາທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍຳສູງຈົນເຖິງການສື່ສານທາງແສງ ແລະ ໂຮໂລແກຣຟີ.
