Жарық интерференциялануы

Жарық интерференциясы — жарық сәулесі энергиясының екі немесе бірнеше жарық толқынының қабаттасуы нәтижесінде кеңістікте тарала орналасуы; жалпы толқындар интерференциялануының дербес бір түрі. Жарық интерференциясы кезінде қабаттасқан жарық шоғының қарқындылығы бастапқы шоқтың қарқындылығына тең болмайды. Мех. толқындар да интерференцияланады. Жарық интерференциясына қатысты құбылыстарды И.Ньютон бақылаған. Бірақ ол өзінің корпускулалық теориясы тұрғысынан бұл құбылысты түсіндіре алмады. 19 ғ-дың басында ағылшын ғалымы Т.Юнг (1773 — 1829) және француз физигі О.Френель (1788 — 1827) Жарық интерференциясын толқындық құбылыс ретінде түсіндірді. Кез келген жарық толқындары қабаттасқанда, интерференция құбылысы байқала бермейді. Тек когерентті толқындар ғана интерференцияланады (қ. Когеренттілік). Жеке атомдардан таралатын жарық толқындарының фазалары үнемі өзгеріп отыратындықтан, кез келген екі жарық көзі бір-бірімен когерентті болмайды. Лазерлер жасалғанға дейін когерентті жарық толқындары бір жарық көзінен шыққан сәулені екіге айыру нәтижесінде алынып келді. Жарық толқындарының бірін-бірі әлсірету немесе күшейту процесі қабаттасқан толқындардың сол қабаттасу нүктелеріне дейін жүріп өткен жолдарының (r1, r2) айырмасы () бойынша анықталады. Егер қабаттасу нүктесінде жолдар айырмасы () жарты толқынның (/2) тақ санына тең болса, онда жарық толқындары бірін-бірі әлсіретеді: =r1–r2=(2k+1)/2, мұндағы k=0,1,2,3, ... ; ал жолдар айырмасы жарты толқынның жұп санына тең болса, онда олар бірін-бірі күшейтеді: =r1–r2=2k/2. Френель тәжірибесінде (1-сурет) нүктелік жарық көзінен шыққан жарық шоғы, бір-біріне 180-қа жуық бұрышпен түйіскен екі айна арқылы екі шоққа бөлінеді (мұндағы  — өте кіші бұрыш, S — жарық көзі). S-тен шыққан жарық сәулелері Е экранға тіке түспес үшін К қалқа қойылған. S1 және S2 — бастапқы жарық көзінің жорамал кескіндері. Жазық айналардан шағылған жарық шоқтарын осы S1 және S2 жорамал кескіндерден шыққан деп қарастыруға болады. Олар когерентті жарық шоқтары (толқындары) болып есептеледі әрі олар берілген нүктеге әр түрлі жол жүріп келеді. Сондықтан да осы толқындар қосылысқан алқапта интерференциялық бейне пайда болады. Интерференциялық бейненің центрінде (М нүктесінде) жарық, ал оның екі жағына жарық және қара жолақтар алма кезек ауыса орналасады. Жарық интерференциясын бақылауға арналған басқа бір тәсілді Юнг ұсынды (2-сурет). Мұнда жарықтың параллель шоғы кішкене саңылауы бар Е1 экраннан өткен соң екі саңылаулы (D1 және D2) Е2 экранына түсіріледі. Осы екі саңылаудан шыққан жарық шоқтарының қабаттасуы нәтижесінде Е3 экранында интерференциялық бейнелер пайда болады. Бұл тәжірибелерде Жарық интерференциясы жарық көзінің бір нүктесінен шыққан толқындардың қабаттасуы кезінде ғана байқалады. Жарық көзінің әр түрлі нүктелерінен шыққан толқындардың қабаттасуы нәтижесінде пайда болған интерференциялық бейнелердің анықтығы нашарлайды, шекаралары айқын бөлінбей бір-бірінің үстіне қабаттаса орналасады. Айқын интерференциялық бейне беретін жарық көзінің мөлшері (d) мына өрнек арқылы анықталады: d=/, мұндағы  — жарық көзінен таралған сәулелер арасындағы бұрыш. Жазық беттері параллель немесе сына тәріздес мөлдір пластинкадан шағылған жарық толқындары арасындағы жол айырмасы (): =2hncosі+/2 қатысы бойынша анықталады, мұндағы h — пластинканың қалыңдығы, n — сыну көрсеткіші, і — сыну бұрышы. Қосымша жол айырмасы пластинканың жоғарғы және төменгі қабаттарынан шағылған жарық толқындары арасындағы фазаның ығысуы нәтижесінде пайда болады. Жазық параллель пластинкаға (параллельдігі -ға тең дәлдікпен жасалған) бірдей бұрышпен түскен жарық толқындарының жол айырмасы да бірдей болады. Мұндай пластинкалардағы интерференциялық жолақтар көлбеулігі бірдей жолақтар деп аталады. Беттері параллель емес, яғни қалыңдығы әр жерінде әр түрлі болып келетін жұқа пластинкада байқалатын интерференциялық жолақтар пластинканың қалыңдығы бірдей орындарына сәйкес келеді. Сондықтан олар қалыңдығы бірдей жолақтар делінеді. Жұқа қабаттардағы Жарық интерференциясы интерференциялық жарық сүзгілерінде, интерференциялық микроскоптарда, т. б. кеңінен қолданылады. Бірдей дәрежеде полярланған (қ. Жарықтың полярлануы') когерентті жарық толқындары қабаттасқанда да интерференциялану құбылысы байқалады. Өзара перпендикуляр жазықтықтарда полярланған жарық толқындары интерференцияланбайды. Ондай толқындарды интерференциялау үшін олардың тербелістерін бір жазықтыққа келтіру керек. Ол үшін поляризатор мен анализатор аралығына жарықты қосарландырып сындыратын кристалл пластинка қойылады. Полярланған сәулелердің интерференциялануы кристалл оптикасында кристалдың құрылымын және оның осінің бағдарын, минералогияда — минералдар мен кен жыныстарын анықтау үшін, т.б. қолданылады. Жарық интерференциясының көмегімен жарық толқындарының ұзындығы өлшенеді, спектр сызықтарының нәзік түзілісі зерттеледі, заттың тығыздығы мен сыну көрсеткіші тәрізді қасиеттері анықталады. Интерферометрлер мен интерференциялық спектроскоптар, голография тәсілі осы Жарық интерференциясына негізделген.