हस्तक्षेप पैटर्न हल्के या गहरे रंग के बैंड होते हैं जो बीम के कारण होते हैं जो एक दूसरे के साथ चरण या चरण से बाहर होते हैं। जब आरोपित, प्रकाश और समान तरंगें जुड़ती हैं यदि उनके चरण मेल खाते हैं (दोनों वृद्धि और कमी की दिशा में), या यदि वे एंटीफ़ेज़ में हैं तो वे एक-दूसरे की भरपाई करते हैं। इन घटनाओं को क्रमशः रचनात्मक और विनाशकारी हस्तक्षेप कहा जाता है। यदि मोनोक्रोमैटिक विकिरण का एक बीम, जिसकी सभी तरंग दैर्ध्य समान हैं, दो संकीर्ण झिल्लियों से होकर गुजरता है (प्रयोग पहली बार 1801 में एक अंग्रेजी वैज्ञानिक थॉमस यंग द्वारा किया गया था, जो उनके लिए धन्यवाद, तरंग प्रकृति के बारे में निष्कर्ष पर आए थे। प्रकाश की), दो परिणामी पुंजों को एक समतल स्क्रीन पर निर्देशित किया जा सकता है, जिस पर, दो अतिव्यापी धब्बों के बजाय, व्यतिकरण फ्रिंज बनते हैं - समान रूप से बारी-बारी से प्रकाश और अंधेरे क्षेत्रों का एक पैटर्न। उदाहरण के लिए, इस घटना का उपयोग सभी ऑप्टिकल इंटरफेरोमीटर में किया जाता है।
सुपरपोजिशन
सभी तरंगों की परिभाषित विशेषता सुपरपोजिशन है, जो सुपरइम्पोज़्ड तरंगों के व्यवहार का वर्णन करती है। इसका सिद्धांत यह है कि जब अंतरिक्ष मेंयदि दो से अधिक तरंगों को आरोपित किया जाता है, तो परिणामी गड़बड़ी व्यक्तिगत गड़बड़ी के बीजगणितीय योग के बराबर होती है। कभी-कभी बड़ी गड़बड़ी के लिए इस नियम का उल्लंघन किया जाता है। यह सरल व्यवहार हस्तक्षेप घटना नामक प्रभावों की एक श्रृंखला की ओर जाता है।
हस्तक्षेप की घटना दो चरम मामलों की विशेषता है। दो तरंगों के रचनात्मक मैक्सिमा में संयोग होता है, और वे एक दूसरे के साथ चरण में होते हैं। उनके सुपरपोजिशन का परिणाम परेशान करने वाले प्रभाव में वृद्धि है। परिणामी मिश्रित तरंग का आयाम व्यक्तिगत आयामों के योग के बराबर होता है। और, इसके विपरीत, विनाशकारी हस्तक्षेप में, अधिकतम एक लहर दूसरे के न्यूनतम के साथ मेल खाती है - वे एंटीफ़ेज़ में हैं। संयुक्त तरंग का आयाम उसके घटक भागों के आयामों के बीच के अंतर के बराबर है। मामले में जब वे बराबर होते हैं, विनाशकारी हस्तक्षेप पूर्ण होता है, और माध्यम का कुल गड़बड़ी शून्य होता है।
जंग का प्रयोग
दो स्रोतों से हस्तक्षेप पैटर्न स्पष्ट रूप से अतिव्यापी तरंगों की उपस्थिति को इंगित करता है। थॉमस जंग ने सुझाव दिया कि प्रकाश एक तरंग है जो सुपरपोजिशन के सिद्धांत का पालन करती है। उनकी प्रसिद्ध प्रयोगात्मक उपलब्धि 1801 में प्रकाश के रचनात्मक और विनाशकारी हस्तक्षेप का प्रदर्शन था। यंग के प्रयोग का आधुनिक संस्करण अनिवार्य रूप से केवल इस मायने में भिन्न है कि यह सुसंगत प्रकाश स्रोतों का उपयोग करता है। लेजर समान रूप से एक अपारदर्शी सतह में दो समानांतर झिल्लियों को प्रकाशित करता है। उनके माध्यम से गुजरने वाला प्रकाश रिमोट स्क्रीन पर देखा जाता है। जब स्लॉट्स के बीच की चौड़ाई. से बहुत अधिक होतरंग दैर्ध्य, ज्यामितीय प्रकाशिकी के नियमों का पालन किया जाता है - स्क्रीन पर दो प्रबुद्ध क्षेत्र दिखाई देते हैं। हालाँकि, जैसे-जैसे झिरियाँ एक-दूसरे के पास पहुँचती हैं, प्रकाश विवर्तित होता है, और स्क्रीन पर तरंगें एक-दूसरे को ओवरलैप करती हैं। विवर्तन स्वयं प्रकाश की तरंग प्रकृति का परिणाम है और इस प्रभाव का एक और उदाहरण है।
हस्तक्षेप पैटर्न
सुपरपोजिशन का सिद्धांत प्रबुद्ध स्क्रीन पर परिणामी तीव्रता वितरण को निर्धारित करता है। एक व्यतिकरण पैटर्न तब होता है जब झिरी से परदे तक पथ अंतर तरंगदैर्घ्य की पूर्णांक संख्या (0,, 2λ, …) के बराबर होता है। यह अंतर सुनिश्चित करता है कि उच्च एक ही समय में पहुंचें। विनाशकारी हस्तक्षेप तब होता है जब पथ अंतर आधा (λ/2, 3λ/2, …) द्वारा स्थानांतरित तरंग दैर्ध्य की एक पूर्णांक संख्या है। जंग ने यह दिखाने के लिए ज्यामितीय तर्कों का इस्तेमाल किया कि सुपरपोजिशन के परिणामस्वरूप समान रूप से दूरी वाले फ्रिंज या उच्च तीव्रता के पैच की एक श्रृंखला होती है, जो रचनात्मक हस्तक्षेप के क्षेत्रों के अनुरूप होती है, जो कुल विनाशकारी हस्तक्षेप के अंधेरे पैच से अलग होती है।
छिद्रों के बीच की दूरी
डबल-स्लिट ज्योमेट्री का एक महत्वपूर्ण पैरामीटर प्रकाश तरंग दैर्ध्य का अनुपात है छिद्रों के बीच की दूरी d। यदि /d 1 से बहुत कम है, तो फ्रिंजों के बीच की दूरी कम होगी और कोई अतिव्यापन प्रभाव नहीं देखा जाएगा। जुंग ने एक-दूसरे के निकट स्थित स्लिट्स का उपयोग करके अंधेरे और हल्के क्षेत्रों को अलग करने में सक्षम था। इस प्रकार, उन्होंने दृश्य प्रकाश के रंगों की तरंग दैर्ध्य निर्धारित की। उनका अत्यंत छोटा परिमाण बताता है कि ये प्रभाव केवल क्यों देखे जाते हैंखास शर्तों के अन्तर्गत। रचनात्मक और विनाशकारी हस्तक्षेप के क्षेत्रों को अलग करने के लिए, प्रकाश तरंगों के स्रोतों के बीच की दूरी बहुत कम होनी चाहिए।
तरंग दैर्ध्य
हस्तक्षेप प्रभावों को देखना दो अन्य कारणों से चुनौतीपूर्ण है। अधिकांश प्रकाश स्रोत तरंग दैर्ध्य के एक सतत स्पेक्ट्रम का उत्सर्जन करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कई हस्तक्षेप पैटर्न एक-दूसरे पर आरोपित होते हैं, जिनमें से प्रत्येक के बीच अपने स्वयं के अंतर होते हैं। यह सबसे स्पष्ट प्रभावों को रद्द कर देता है, जैसे कि पूर्ण अंधकार के क्षेत्र।
समन्वय
एक विस्तारित अवधि में हस्तक्षेप को देखने के लिए, सुसंगत प्रकाश स्रोतों का उपयोग किया जाना चाहिए। इसका मतलब है कि विकिरण स्रोतों को निरंतर चरण संबंध बनाए रखना चाहिए। उदाहरण के लिए, एक ही आवृत्ति की दो हार्मोनिक तरंगों का अंतरिक्ष में प्रत्येक बिंदु पर हमेशा एक निश्चित चरण संबंध होता है - या तो चरण में, या एंटीफ़ेज़ में, या किसी मध्यवर्ती अवस्था में। हालांकि, अधिकांश प्रकाश स्रोत वास्तविक हार्मोनिक तरंगों का उत्सर्जन नहीं करते हैं। इसके बजाय, वे प्रकाश का उत्सर्जन करते हैं जिसमें यादृच्छिक चरण परिवर्तन प्रति सेकंड लाखों बार होते हैं। ऐसे विकिरण को असंगत कहा जाता है।
आदर्श स्रोत एक लेज़र है
हस्तक्षेप तब भी देखा जाता है जब दो असंगत स्रोतों की तरंगों को अंतरिक्ष में आरोपित किया जाता है, लेकिन एक यादृच्छिक चरण बदलाव के साथ-साथ हस्तक्षेप पैटर्न यादृच्छिक रूप से बदलते हैं। आंखों सहित प्रकाश संवेदक शीघ्रता से पंजीकृत नहीं हो सकतेबदलती छवि, लेकिन केवल समय-औसत तीव्रता। लेजर बीम लगभग मोनोक्रोमैटिक (यानी, एक तरंग दैर्ध्य के होते हैं) और अत्यधिक सुसंगत होते हैं। यह हस्तक्षेप प्रभावों को देखने के लिए एक आदर्श प्रकाश स्रोत है।
फ़्रीक्वेंसी डिटेक्शन
1802 के बाद, दृश्य प्रकाश की जंग की मापी गई तरंग दैर्ध्य इसकी आवृत्ति का अनुमान लगाने के लिए उस समय उपलब्ध प्रकाश की अपर्याप्त सटीक गति से संबंधित हो सकती है। उदाहरण के लिए, हरी बत्ती के लिए यह लगभग 6×1014 हर्ट्ज है। यह यांत्रिक कंपन की आवृत्ति से अधिक परिमाण के कई क्रम हैं। इसकी तुलना में, मनुष्य 2×104 Hz तक की आवृत्ति वाली ध्वनि सुन सकता है। वास्तव में इस तरह की दर में क्या उतार-चढ़ाव अगले 60 वर्षों तक एक रहस्य बना रहा।
पतली फिल्मों में दखल
देखे गए प्रभाव थॉमस यंग द्वारा उपयोग किए गए डबल स्लिट ज्यामिति तक सीमित नहीं हैं। जब किरणें दो सतहों से परावर्तित और अपवर्तित होती हैं, जो तरंग दैर्ध्य के बराबर दूरी से अलग होती हैं, तो पतली फिल्मों में हस्तक्षेप होता है। सतहों के बीच फिल्म की भूमिका निर्वात, वायु, किसी भी पारदर्शी तरल पदार्थ या ठोस द्वारा निभाई जा सकती है। दृश्य प्रकाश में, हस्तक्षेप प्रभाव कुछ माइक्रोमीटर के क्रम के आयामों तक सीमित होते हैं। एक फिल्म का एक प्रसिद्ध उदाहरण साबुन का बुलबुला है। इससे परावर्तित प्रकाश दो तरंगों का अध्यारोपण है - एक सामने की सतह से परावर्तित होता है, और दूसरा - पीछे से। वे अंतरिक्ष में ओवरलैप करते हैं और एक दूसरे के साथ ढेर हो जाते हैं। साबुन की मोटाई के आधार परफिल्में, दो तरंगें रचनात्मक या विनाशकारी रूप से परस्पर क्रिया कर सकती हैं। हस्तक्षेप पैटर्न की एक पूर्ण गणना से पता चलता है कि एक तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश के लिए, λ/4, 3λ/4, 5λ/4, आदि की फिल्म मोटाई के लिए रचनात्मक हस्तक्षेप मनाया जाता है, और विनाशकारी हस्तक्षेप λ/2 के लिए मनाया जाता है,, 3λ/2, …
गणना के लिए सूत्र
हस्तक्षेप की घटना के कई उपयोग हैं, इसलिए इसमें शामिल बुनियादी समीकरणों को समझना महत्वपूर्ण है। निम्नलिखित सूत्र आपको दो सबसे आम हस्तक्षेप मामलों के लिए हस्तक्षेप से जुड़ी विभिन्न मात्राओं की गणना करने की अनुमति देते हैं।
यंग के प्रयोग में उज्ज्वल फ्रिंजों का स्थान, अर्थात् रचनात्मक हस्तक्षेप वाले क्षेत्रों की गणना व्यंजक का उपयोग करके की जा सकती है: ybright.=(λL/d)m, जहां तरंग दैर्ध्य है; एम=1, 2, 3, …; घ स्लॉट्स के बीच की दूरी है; एल लक्ष्य की दूरी है।
डार्क बैंड का स्थान, यानी विनाशकारी संपर्क के क्षेत्र, सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है: ydark.=(λL/d)(m+1/2)।
एक अन्य प्रकार के हस्तक्षेप के लिए - पतली फिल्मों में - एक रचनात्मक या विनाशकारी सुपरपोजिशन की उपस्थिति परावर्तित तरंगों के चरण बदलाव को निर्धारित करती है, जो फिल्म की मोटाई और इसके अपवर्तक सूचकांक पर निर्भर करती है। पहला समीकरण इस तरह के बदलाव की अनुपस्थिति के मामले का वर्णन करता है, और दूसरा अर्ध-तरंग दैर्ध्य बदलाव का वर्णन करता है:
2nt=mλ;
2एनटी=(एम+1/2).
यहाँ तरंगदैर्घ्य है; एम=1, 2, 3, …; t फिल्म में तय किया गया रास्ता है; n अपवर्तनांक है।
प्रकृति में अवलोकन
जब सूरज साबुन के बुलबुले पर चमकता है, तो चमकीले रंग के बैंड देखे जा सकते हैं क्योंकि विभिन्न तरंग दैर्ध्य विनाशकारी हस्तक्षेप के अधीन होते हैं और प्रतिबिंब से हटा दिए जाते हैं। शेष परावर्तित प्रकाश दूर के रंगों के पूरक के रूप में प्रकट होता है। उदाहरण के लिए, यदि विनाशकारी हस्तक्षेप के परिणामस्वरूप कोई लाल घटक नहीं है, तो प्रतिबिंब नीला होगा। पानी पर तेल की पतली परत एक समान प्रभाव पैदा करती है। प्रकृति में, कुछ पक्षियों के पंख, जिनमें मोर और हमिंगबर्ड शामिल हैं, और कुछ भृंगों के गोले इंद्रधनुषी दिखाई देते हैं, लेकिन देखने के कोण में बदलाव के साथ रंग बदलते हैं। यहाँ प्रकाशिकी की भौतिकी पतली स्तरित संरचनाओं या परावर्तक छड़ों की सरणियों से परावर्तित प्रकाश तरंगों का हस्तक्षेप है। इसी तरह, मोती और गोले में एक आईरिस होता है, जो कि मदर-ऑफ-पर्ल की कई परतों से प्रतिबिंबों के सुपरपोजिशन के कारण होता है। ओपल जैसे रत्न सूक्ष्म गोलाकार कणों द्वारा निर्मित नियमित पैटर्न से प्रकाश के प्रकीर्णन के कारण सुंदर हस्तक्षेप पैटर्न प्रदर्शित करते हैं।
आवेदन
रोजमर्रा की जिंदगी में प्रकाश के हस्तक्षेप की घटनाओं के कई तकनीकी अनुप्रयोग हैं। कैमरा ऑप्टिक्स की भौतिकी उन्हीं पर आधारित है। लेंस की सामान्य विरोधी-चिंतनशील कोटिंग एक पतली फिल्म होती है। इसकी मोटाई और अपवर्तन को परावर्तित दृश्य प्रकाश के विनाशकारी हस्तक्षेप का उत्पादन करने के लिए चुना जाता है। अधिक विशिष्ट कोटिंग्स जिसमें शामिल हैंपतली फिल्मों की कई परतों को केवल एक संकीर्ण तरंग दैर्ध्य रेंज में विकिरण संचारित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है और इसलिए, प्रकाश फिल्टर के रूप में उपयोग किया जाता है। बहुपरत कोटिंग्स का उपयोग खगोलीय दूरबीन दर्पणों के साथ-साथ लेजर ऑप्टिकल गुहाओं की परावर्तनशीलता को बढ़ाने के लिए भी किया जाता है। इंटरफेरोमेट्री - सापेक्ष दूरी में छोटे परिवर्तनों का पता लगाने के लिए उपयोग की जाने वाली सटीक माप विधियाँ - परावर्तित प्रकाश द्वारा बनाए गए अंधेरे और प्रकाश बैंड में बदलाव के अवलोकन पर आधारित हैं। उदाहरण के लिए, यह मापना कि हस्तक्षेप पैटर्न कैसे बदलेगा, आपको ऑप्टिकल तरंग दैर्ध्य के अंशों में ऑप्टिकल घटकों की सतहों की वक्रता निर्धारित करने की अनुमति देता है।
