Жары интерференциясы. Жарыты дифракциясы. Ньютон саиналары.
Жары дифракциясы – жары толындарыны млшері сол толындарды зындыымен арайлас тосауылды (тар саылау, жіішке сым, т.б.) орап ту былысы. Жары дифракциясы болу шін жары тскен денені айын шекарасы болуы тиіс. Дифракция жарыа ана тн емес, баса да толынды процестерде де байалады. Жары дифракциясы кезінде жарыты тзу сызы бойымен таралу заы, яни геометриялы оптиканы негізгі задары бзылады. Жары толындарыны зындыы те ыса боландытан, алыпты жадайда жары дифракциясы байалмайды. Жары дифракциясы – жарыты толынды асиетін длелдейтін негізгі былыстарды бірі. Бл былысты 17-асырда италиялы физик жне астроном Франческо Гримальди ашты, ал оны француз физигі Огюстен Жан Френель тсіндірді.
Дифракция былысы жарыты толынды асиетiнi айын длелi болып табылады. Бл былыс геометриялы оптика задылытарыны ай кезде бзылатындыына нсайды.
Дифракцияны санды теориясы, яни бл былысты серiнен экрандаы жары интенсивтiлiгiнi згерiп таралуын тсiндiру Гюйгенс-Френель принципiне негiзделген. Бл принцип былай дейдi :
1. Жары толындары келiп жеткен беттi рбiр нктесi з кезегiнде жаа толын кздерi болып табылады
2. Бл жаа толын кздерi бiр-бiрiне когеренттi. Ал кеiстiктi кез-келген нктесiндегi жарыты интенсивтiлiгi осы когеренттi жаа кздерден тараан толындарды интерференциясыны салдары болып табылады.
Гюйгенс-Френель принципi дифракциялы бейнелермен атар жарыты тзу сызы бойымен таралу себебiн де тсiндiредi. Жары дифракциясыны бiр жарын мысалы оны тар жола салау арылы ткен кездегi дифракциясы. Бiра, бл жадайдаы дифракциялы суреттi солындау болуы оны натылы масаттарда олдануда иындытар туызады. Мндай кемшiлiктер дифракциялы тор деп аталатын ондырыда жо.
Френель дифракциясы. Егер жары толыны шектеусіз лкен болып, жары еркін таралса жары толыныны бір нуктеге еткен сері Френель орталы зонасыны жартысыны серіндей болады Жары тзу сызы бойымен таралады
Ал егер жары еркін таралмай , оны алдынан бір нрсе бгет кездессе, жарыты толынды бетіні бір блігі бгеледі. Сонда жары сулелері майысып бгетті орай брылады. Жарыты туз сызытеп таралу заы бзылады яни дифракция былысы байалады.
Фраунгофер дифракциясы Егер бгет жары кзінен те алыс болса
Онда сол бгетке тсетін жары шоы параллель болады йткені шексіз
ашы толынды беттік толынды бет санауа болады Егер осындай жары толыны параллель болып таралсасондаы байалатын жары дифракциясы Фраунгофер дифракциясы немесе параллель саулелер дифракциясы деп аталады. Дифракцияны бл трі детте жинаыш линза олданылып зерттеледі.
Дифракциялы тор деп бiр-бiрiне жаын, рi параллель орналасан тар жола салаулар жйесiнен тратын спектральды ралды айтады
Егер дифракциялы тора перпендикуляр баытта параллель жары сулелерi тсетiн болса, онда линзаны фокальды жазытыында орналасан экранда андай да бiр брышымен дифракциялы максимумдар байалады.
Дифракциялы торлар жарыты спектрлерге жiктеу шiн, сонымен атар жарыты белгiсiз толын зындыын анытау шiн де олдаылады. Натылы зерттеулерде бiр лшемдi торлармен атар екi лшемдi торлар да жиi олданылады. Екi лшемдi торлар деп жолатарын бiр-бiрiне перпендикуляр орналастырып, беттестiрген екi жй тордан тратын жйенi айтады.
Френелді к-зонасыны сырты шекара радиусы:
мндаы 
- нктелік жары кзінен дгелек тесігі бар диафрагмаа деінгі ашыты; 
-- диафрагмадан дифракциялы суреттеме баыланатын экрана дейінгі ашыты; 
- Френель зонасыны нмірі; 
- толын зындыы.
• Жазы толын шін:
• Саылаудан болатын Фраунгофер дифракциясы; жары нормаль тседі.
• Интенсивтікті минимумдар шарты:
мндаы 
- саылауды ені; 
- дифракция брышы.
• Жары интенсивтігіні максимумдар шарты:
мндаы 
- дифракция брышыны жуыталан мні.
• Дифракциялы тор, жары нормаль тседі.
• Фраунгофер бас максимумдарыны шарты:
мндаы 
- тор периоды; 
- бас максимумдар нмірі; 
-торды бетіне нормаль мен дифракцияланан толындарды баыты арасындаы брыш.
• осымша минимумдар шарты:
• Дифракциялы торды брышты дисперсиясы:
• Дифракциялы торды сызыты дисперсиясы:
• Дифракцияны азнтай брыштары шін брышты дисперсия:
мндаы 
- экранда дифракцияланатын толындарды жинайтын линзаны бас фокус аралыы.
Фазалар ыысуы траты жне жиіліктері бірдей толкындарды осылуы жары толындарыны зара рекеттесуіндегі кіл аударатын жадай. Мнда кеістікті кейбір нктелерінде толындарды абаттасуынан бір-бірін кшейтетін, ал баса бір нктелерінде керісінше бір-бірін лсірететін интерференция былысы байалады. Экранда кгірт жне ашы жолатар кезектесіп орналасады. Бл интерференция былысы. Жарыты интерференциясы механикалы толындарды интерференциясы сияты теді. Жары интерференциясы – жары толындарыны абаттасуы нтижесінде бірін-бірі кшейтуі немесе лсіретуі. Егер екі толынны ркештері мен ркештері, сайлары мен сайлары дл келсе, онда олар бірін-бірі кшейтеді; ал біреуіні ркештері екіншісіні сайларына дл келсе бірін-бірі лсіретеді. Жары интерференциясы кезінде абаттасан жары шоыны арындылыы бастапы шоты арындылыына те болмайды. Механикалы толындар да интерференцияланады. Жары интерференциясына атысты кейбір былыстарды Исаак Ньютон баылаан. Біра ол зіні корпускулалы теориясы трысынан бл былысты тсіндіре алмады. 19-асырды басында аылшын алымы Томас Юнг жне француз физигіОгюстен Френель жары интерференциясын толынды былыс ретінде тсіндірді. Кез келген жары толындары абаттасанда интерференция былысы байалмайды. Тек когерентті толындар ана интерференцияланады. Жары интерференциясыны кмегімен жары толындарыны зындыы лшенеді, спектр сызытарыны нзік тзілісі зерттеледі, затты тыыздыы мен сыну крсеткіші трізді асиеттері аныталады.
Жары тскен бет бізді кзімізге біркелкі жары тскен беттей болып крінеді. Сондытан жары толыныны интерференциясы тек когерентті толындар абаттасанда ана пайда болады.Когерентті толындарды интерферометрлерді кмегімен алады. Е арапайым трі — бір жарыты екіге жіктеу.
Есептеу жмыстарын жргізіп, толынны жа абыршатаы жол айырымын анытайтын формуланы табайы:
1.тетін жарыта A = 2dncos, мндаы A — толын жрісіні жол айырымы, d — абыршаты алыдыы, п — абырша затыны сыну крсеткіші, р — жарыты сыну брышы;
2.шаылан жарыта A = 2dncos + /2 Шаылан жарыта жол айырымына жарты-толын зындыы осылады, йткені шаыланда жарты толын жоалады.
• Екі когеренттік жары кздерінен болатын интерференциялы жолаты ені (Френелді бипризмасы мен биайнасы, Юнг дісі):
мндаы 
- жары толыныны зындыы; 
- кздерден баылау экранына дейінгі ашыты; 
- кздерді ара ашытыы.
•Интерференция кезіндегі жары интенсивтігіні максимумдар шарты:
• Интерференция кезіндегі жары интенсивтігіні минимумдар шарты:
• Жазы параллель пластинкаларда шыылан жарыта баыланатын интерференцияны баылау кезіндегі жарыты максимум жне минимум шарты:
немесе,
(мин)
мндаы 
- пластинканы (абыршаты) алыдыы; 
- тсу брышы; 
- сыну брышы; 
- пластинка материалыны сыну крсеткіші;
.
тетін жарыты интерференциясы кезінде максимум жне минимум шарттары орындарын алмастырады.
• Тербелістерді 
фазалар айырымыны жары толындарыны жріс айырымымен байланысы:
• Шаылан жарыта баыланатын Ньютонны ашы саиналарыны (немесе тетін сулелердегі кгірт) рдаиустары:
мндаы 
- саинаны нмірі ( 
); 
- жазы параллель шыны платинкамен жанасатын линза бетіні исыты радиусы.
• Шаылан суледегі кгірт саиналарды ралиустары:
Ньютон саиналары Егер жазы, шыны пластинканы стіне жазы-дес линза ойылса, онда оларды арасында сына пішіндес ауа абаты пайда болады. Енді осындай системаа, пластинка бетіне шамада перпендикуляр баытта, монохромат жары тссе, сонда жары толындары осы сына пішіндес ауа абатыны стігі жне тменгі шекараларында шаылады да зара интерференцияланады, осыны нтижесінде лннза мен пластинка тиісіп тран нктеде ара коыр да пайда болып, оны концентр жары жне кара коыр шеберлер оршап трады, олар центрден ашытаан сайын жиі тарта береді. Осы шеберлер бірдей алынды жолатары болып табылады. Бларды бірінші рет Ньютон зерттеген, сондытан олар Ньютон саиналары деп аталады.
Ньютон саиналары жа абыршатардаы интерференцияны дербес трі, ол жа абырша алыдыыны біркелкі згеретін жадайында байалады. 1675 жылы Ньютон астрономиялы рефракторды дес объективі мен жазы шыны арасындаы жа ауа абатыны тсін баылаан. Ньютон тжірибесінде тыыз сыылан шыны мен объективті арасындаы ауаны жа абатыны алыдыы шыны мен объективті тйіскен жерінен объективті сырты шетіне арай біркелкі лая бастайды. арапайым есептеу аркылы ткен жарыты радиусын, мселен, ашыл саинаны радиусын анытауа болады: r = 2Rd
мндаы r — саинаны радиусы, R — линза исыыны радиусы, d — жазы шыныны бетінен линзаны жары сынатын бетіне дейінгі араашыты.