Girişim ve Kırınım

Girişim ve kırınım, su dalgalarından ışık gibi elektromanyetik dalgalara kadar tüm dalgaların karakteristik olaylarıdır.

Girişim, aynı türden iki dalganın daha büyük, daha düşük veya aynı genlikte bir sonuç dalgası üretmek için üst üste bindiği olguyu ifade eder.

Kırınım, bir dalganın bir engelin veya açıklığın köşeleri etrafında bükülmesi olarak tanımlanır. Bu durumda, dalganın diferansiyel kısımları etkileşime girebilir ve büyük ve küçük genlikli uzamsal bir değişime yol açabilir.

Bu video, kırınım ve girişim modellerini gözlemleyerek ışığın dalga doğasını gösterecektir.

Bir dalga, uzay ve/veya zamandaki bazı fiziksel niceliklerin genliğindeki bir salınımdır. Girişim, dalgalarla ilişkili en karakteristik olaylardan biridir.

Dalgaların farklı kısımları, girişim modeli adı verilen güçlü ve zayıf dalga genliklerinin uzamsal bir değişimini üretmek için üst üste binebilir ve "müdahale edebilir". Enterferans yapan dalgaların genlikleri toplandığında buna yapıcı girişim denir; oysa genlikleri birbirinden ayrıldığında buna yıkıcı girişim denir.

Şimdi, dalga boyundaki lamda ışığı tek bir dar yarık üzerinde parlıyorsa, yarıktan uzaktaki yoğunluk büyük ve küçük veya neredeyse sıfır değerler arasında değişir, bu da "saçaklar" olarak da bilinen "parlak" ve "karanlık" bölgelere karşılık gelir. Bu desenin merkezi, yarığın y ekseni boyunca her zaman parlaktır.

Bu değişim, küçük bir açıklıktan geçen ışığın "kırınım modeli" olarak bilinir. Dalgalar için karakteristik bir olgudur. Özellikle, diyafram açıklığının iki kenarı arasındaki noktalar mı?" yeniden yaymak" veya başka bir deyişle ışık dalgasını farklı yönlere doğru "kırın".

Kırınıma uğramış ışık dalgalarının farklı kısımları arasındaki girişim, kırınım modelinin oluşmasına neden olur.

Birbirine yakın iki yarık söz konusu olduğunda, ünlü olarak "Young'ın çift yarık girişim deseni" olarak bilinen oluşan desen, her iki yarıktan gelen kırınımlı ışığın girişiminden kaynaklanır. Aşağıdaki protokol, tek yarık ve çift yarık deneylerinin nasıl kurulacağını ve sonuçlarının nasıl yorumlanacağını gösterir.

~633nm dalga boyuna sahip bir helyum-neon lazer işaretçi, birkaç ince tıraş bıçağı, alüminyum folyo, karton, cetvel, makas, bir tahta blok ve lazer güvenlik gözlüğü dahil olmak üzere deney için gerekli malzemeleri ve aletleri toplayın.

Bir makas kullanarak, alüminyum folyoyu yaklaşık 2 inç x 2 inç kare parçalar halinde kesin. Ayrıca, kartonu ortasında yaklaşık 1 inç çapında bir delik bulunan yaklaşık 3 inç x 3 inç kare parçalar halinde kesin.

Ardından, bir parça alüminyum folyo alın ve bir tıraş bıçağı kullanarak folyonun ortasında yaklaşık 1 santimetre uzunluğunda düz bir yarık açın. Folyoyu, yarık deliğin içine yerleştirilmiş şekilde bir kartona bantlayın.

Şimdi, kartonun bir kenarını tahta bloğa bantlayın ve beyaz duvarı yarıktan yaklaşık 30 santimetre uzağa kaydırın. Kartonun masa yüzeyine dik olduğundan, deliğin ve dikey yarığın açıkta olduğundan ve duvara baktığından emin olun.

Lazer işaretçiyi, lazer ışınının masaya paralel olduğundan emin olarak monte edilen kartonun diğer tarafına yerleştirin. Şimdi lazer güvenlik gözlüklerini takın, lazer işaretçiyi açın ve lazer ışınını yarığın üzerine tutun.

Oda ışığını kapatın ve folyonun diğer tarafındaki duvardaki ışık desenine dikkat edin. Lazer işaretçiyi KAPATIN ve lazer güvenlik gözlüklerini çıkarın.

Ardından, orta bıçak girintili olacak şekilde üç tıraş bıçağını istifleyin. Diğer alüminyum folyoyu alın ve tıraş bıçağı yığınını ve bir cetvel kullanarak, folyonun ortasında yaklaşık 1 santimetre uzunluğunda, birbirine yakın iki düz paralel yarık kesin. Şimdi folyoyu diğer kartona bantlayın ve ardından daha önce olduğu gibi tahta bloğun üzerine bantlayın.

Lazer güvenlik gözlüğünü takın, lazer işaretçiyi açın ve lazer ışınını çift yarık üzerine parlatın. Oda ışığını kapatın ve folyonun diğer tarafındaki duvardaki ışık desenine dikkat edin. Son olarak, lazer işaretçiyi kapatın.

Protokol tamamlandıktan sonra, şimdi hem tek yarık hem de çift yarık deneylerinin sonuçlarını gözden geçirelim. Tek yarık deneyinde, duvarda gözlemlenen ışık deseni, karakteristik kırınım saçaklarını sergiler. Merkezi parlak saçak, y yönünde, hepsi aynı genişlikte olan diğer parlak saçaklardan yaklaşık iki kat daha geniştir.

Ek olarak, parlak saçakların yoğunluğu, y ekseni boyunca merkezden periferik saçaklara doğru bozunur. Bu, tek yarık kırınım modeli için beklenir, çünkü lazerden gelen paralel ışık ışınları yarıkta bükülür ve yapıcı bir şekilde üst üste biner, parlak saçakları oluşturur ve aradaki koyu bantları yıkıcı bir şekilde oluşturur.

Çift yarık deneyinde, duvarda gözlemlenen ışık deseni, karakteristik girişim saçaklarını sergiler.

Bu girişim saçakları, kırınım modelinin parlak bölgelerinden çok daha dardır. Bunun nedeni, yarıklar arası ayrım 'd'nin, yarık genişliği 'a'dan çok daha büyük olması ve girişim saçaklarının genişliğini kontrol eden yarıklar arası ayrımın tersi olmasıdır. Bununla birlikte, kırınım saçaklarının genişliğini kontrol eden yarık genişliği 'a'nın tersidir.

Işığın kırınımı ve girişimi, ışığın elektromanyetik bir dalga olduğunu belirlemede önemli bir rol oynamıştır. Bu nedenle, bu etkiler optik ve fotonik temelli birçok teknolojide önemlidir.

Lazer kırınım spektroskopisi, bir parçacığın geometrik boyutlarını hızlı bir şekilde ölçmek için nanometreden milimetreye kadar değişen herhangi bir nesneden geçen bir lazer ışınının kırınım modellerini kullanan bir teknolojidir.

Lazer ışığının açısını tespit etmek için bir sensör kullanılır ve daha sonra üretilen ışık enerjisinden ve yerleşiminden nesnenin parçacık boyutlarını tespit etmek için bir bilgisayar kullanılır.

İnterferometri, mesafelerin, küçük yer değiştirmelerin, kırılma indisi değişikliklerinin ve yüzey düzensizliklerinin hassas ölçümü için dalgaların süperpozisyonunu ve girişimini kullanan bir tekniktir.

Burada aynı frekansa sahip, ancak farklı yol uzunluğuna sahip iki dalga karışır ve bu da bir girişim deseni ile sonuçlanır. Bu model daha sonra bilinmeyen parametrenin hassas bir ölçümünü yapmak için kullanılabilir. Aynı interferometri tekniği, yerçekimi dalgalarını tespit etmek için inşa edilmiş devasa dedektörler olan LIGO veya Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi'nde kullanılır.

Az önce JoVE'nin ışığın kırınım ve girişimi ile tanışmasını izlediniz. Artık, tek yarık ve çift yarık deneyleri kullanılarak gösterilen kırınım ve girişim ışığı modellerinin oluşumunun ardındaki teoriyi anlayabilmelisiniz. İzlediğiniz için teşekkürler!