Dispersioon, difraktsioon, interferents (0)

Valguse dispersiooniks nim aine absoluutse murdumisnäitaja sõltuvust valguse lainepikkusest (dispersio – hajumine ). Avastas Newton 1666. aastal.
Spekter :
Spekter näitab, millistest komponentidest liitvalgus koosneb.
Prisma ei muuda valget valgust, vaid lahutab selle koostisosadeks (sest prisma murdumisnäitaja oleneb valguse lainepikkusest).
Mida väiksem on lainepikkus , seda rohkem kalduvad valguslained murdumisel esialgsest suunast kõrvale. Kõige rohkem kaldub kõrvale violetne, kõige vähem punane valgus.
Aine murdumisnäitaja on seda suurem, mida väiksem on valguse lainepikkus.
Kõigi ainete murdumisnäitaja väheneb valguse lainepikkuse suurenedes (erinevus 1-2%).
Dispersioon esineb ka valguse läbiminekul paralleelsest klaasplaadist, kuid siis väljuvad erivärvilised valguslained kõik ühes suunas ja meie silm neid ei erista.
Valguse interferentsiks nim valguslainete liitumist, mille tulemusena valguse intensiivsus mingis ruumipunktis suureneb või väheneb. Avastas 1801. aastal inglise füüsik Thomas Young.
Interferentsi tulemus punktis A on määratud lainete käiguvahega. Käiguvahe on teepikkuste erinevus (vahe), mis tuleb lainetel läbida liitumispunkti jõudmiseks. Tähis Δ [1 m]
MAX tingimus: valguslained tugevdavad üksteist suundades, kus on täidetud tingimus Δmax = kλ.
Lained on sellisel juhul samas faasis.
MIN tingimus: Δmin = (2k+1) λ/k
Lained on sellisel juhul vastasfaasis.
Difraktsioonipildis ilmnevad ribad on tingitud elementaarlainete interferentsist.
Kohtades, kus ei ole min ega max tingimusi täidetud, interfereeruvad lained ikkagi, aga sellisel juhul on liitumise tulemus miinimumi ja maksimumi vahepealne.
Valguse difraktsiooniks nim füüsikalist nähtust, mille puhul lained painduvad tõkete taha (valguse sattumist varju piirkonda). Avastas 1815. aastal prantsuse füüsik Fresnel .
Ta lähtus Huygensi printsiibist: „Iga ruumipunkt, kuhu valguslaine jõuab, on ise uueks laineallikaks.“
Valguse difraktsiooni selgitamisel kasutatakse Huygens-Fresneli printsiipi: „ Igat lainepinna punkti vaadeldakse elementaarlaine allikana , kusjuures valguse intensiivsus mingis ruumipunktis on määratud elementaarlainete liitumisega.“
Varju piirkonnaks nim seda ruumi osa, kuhu sirgjooneliselt leviv valgus ei satu .
Valguse difraktsioon ilmneb, kui avade (tõkete) mõõtmed pole väga palju suuremad valguse lainepikkusest (d~λ).
Ava difraktsioonil paiknevad heledad ja tumedad ribad alati avaga paralleelselt.
Mida kitsam on ava, seda suurema (laiema) piirkonna difraktsiooniribad katavad.
Seda, kas lainel on parajasti maksimaalne, minimaalne või mõni muu väärtus, oleneb laine faasist.
I Lained tugevdavad üksteist, kui nad liituvad samas faasis (max tingimus)
II Lained nõrgendavad või kustutavad üksteist, kui nad liituvad vastasfaasis (min tingimus)
Kõik ülejäänud olukorrad on miinimumi ja maksimumi vahepealsed.
I II
Suurte avade korral esineb ka difraktsioon, aga seda on raske märgata, sest
1) ava mõõtmete suurenemisel muutuvad difraktsiooniribad kitsamaks ja tihedamaks,
2) suurest avast tuleva tugeva valguse taustal jäävad difraktsiooniribad märkamatuks
Difraktsiooni ja interferentsi jälgimise tingimused
I Difraktsiooni ja interferentsi saab jälgida, kui valguslained on koherentsed.
Koherentsus: 1) valguslained on ühe ja sama lainepikkusega
2) valguslainetel peab olema ajas muutumatu faaside vahe
Koherentsus oleneb: 1) lainepikkusest
2) faaside vahest
3) valgusallikast
Valgus tekib aatomeis. Valguslained kannavad energiat ära ja aatomi energia väheneb. Valgus ei kiirgu aatomeist pidevalt. Kiirgus kestab teatud aja (lainejada).
Lainejada on aeg, mille vältel väljub aatomist valguslaine (nt soojuslikul valgusallikal 1 ns).
Pärast kiirgamist aatom kustub , st ei kiirga enam valgust. Aatom „kogub“ mingi aja jooksul uuesti energiat, et siis jälle hetkeks valgust kiirata. Niisugune valgus ei sobi difraktsiooni ja interferentsi jälgimiseks.
Laser kiirgab koherentseid valguslaineid. Laser kiirgab ühevärvilist monokromaatilist valgust, kusjuures lainete kiirgumine on rangelt kooskõlastatud.
II Difraktsioon ja interferents on jälgitav siis, kui avalduvad valguse lainelised omadused. See tähendab kui avade (tõkete) mõõtmed ja nendevahelised kaugused on võrreldavad valguse lainepikkusega või sellest väiksemad.
Valguse difraktsioonivõre kujutab enesest suurest arvust üksteisest võrdsel kaugusel asetsevatest avadest koosnevat süsteemi, mis kas peegeldavad valgust või lasevad valgust läbi. Võre valmistatakse tavaliselt klaasplaadile kriipse tõmmates. Klaasplaadi kriimustatud kohtadest valgus läbi ei lähe, küll aga nende vahelt. Vahekohad moodustavadki nn avad.
Võre iseloomustamiseks kasutatakse võre konstanti.
Valguse tugevnemist võib märgata kõikides suundades, kus on täidetud tingimus
kλ=dsinφ
k=0,1,2,..
λ – DV-le langeva valguse lainepikkus
d – DV konstant
φ – kõrvalekalde nurk
Öeldakse, et neis suundades on jälgitavad k-dat järku difraktsiooni maksimumid. Nende suundade vahele jäävad alad, kus valguslained kustutavad teineteist.