ЖАРЫҚ ИНТЕРФЕРЕНЦИЯСЫ (латынша «интер – өзара» + «фе-
рио – сығамын») – екі немесе бірнеше жарық толқындарының қабаттасулары кезінде жарық сәуле энергиясының кеңістіктік қайта үлестірілуі; толқындар интерференциясының дербес жағдайы. ХVІІ ғасырда ағылшын физигі Исаак Ньютон (1643 – 1727) да жарықтың кейбір интерференциялық құбылысын бақылаған, бірақ оның корпускулалық теориясы бұл құбылысты түсіндіре алмаған. Жарық интерференциясының дұрыс түсіндірмесін толқындық құбылыс ретінде ХІХ ғасырдың басында француз физигі Огюстен Френель (1788 – 1827) және ағылшын физигі Томас Юнг (1773 – 1829) тұжырымдады. Тұрақты (уақыт бойынша тұрақты) интерференциялық кескін-сурет – жарықтың қарқындылығы артатын және кемитін тұрақты түрде қайталанбалы аймақтар (мысалы, Ньютон сақиналары) сипатталатын жарық интерференциясы байқалады. Осы құбылыстарды қатаң түсіндіру жарықтың толқындық және корпускулалық қасиеттерін ескеруді қажет етеді және де оның жауабы кванттық электрдинамика негізінде беріледі.
Тұрақты жарық интерференциясы толқындардың қабаттасуы кезінде фазалардың тұрақты айырымы болуынан пайда болады. Лазерлер пайда болғанға дейінгі уақытта жарықтың когерентті шоқтары бір ғана жарық көзінен таралған сәулені екіге ажырату арқылы (мысалы, Ф р е н е л ь а й н а с ы) шығарылып келді. Когеренттіліктің талап етілуі жарық көзінің бұрыштық өлшемдеріне және сәуле спектрінің еніне шектеу қойды. Мысалы, Юнгтің тәжірибесінде сызықтық өлшемі кішкене сәуле таратушы бет (S) жіңішке екі саңылауды жарықтайды (1-сызба), когеренттілік S≤λR/d шартымен қамтамасыз етілген, мұндағы λ – жарық толқынының орташа ұзындығы, R – жарық көзінен саңылаулы экранға дейінгі ара қашықтық, d – саңылаулар арасының қашықтығы. Когеренттілік интерференцияланушы сәулелер жүрістерінің айырымына (δ) да тәуелді, бұл айырым жарық толқындарының ұзындығымен өрнектеледі, осы айырым интерференцияның реті деп аталған. Когеренттілік (δ) артқанда онымен бірге интерференциялық кескін-суреттің қарама-қарсы түстілігінің (контрастылығы) айқындығы спектр мен жүріс айырымы (Δλ) кең болған сайын кеми түседі. Интерференциялық кескінсуреттің көрінерлік кезіндегі жүріс айырымы (Δλ)–1 реттілікті болады.
Ақ жарықта интерференциялық кескін-сурет ең төменгі реттілікті (1 – 2=) болады, сонымен бірге боялған түсті болады, интерференциялық кескін-суреттің максимумдары мен минимумдары толқын ұзындығына (λ) тәуелді. Интерференциялық кескін-суреттің жіңішке спектрлік сызықтарының реттілігі 105 – 106-не дейін жетеді, бұл бірнеше сантиметр жүріс айырымына сәйкес келеді. Монохроматтылығы жоғары лазерлік жарық көздері үшін мүмкін болатын жүріс айырымы мыңдаған километрге жетеді.
Когеренттілікке байланысты шектеулер нақты жарық көзінен пайда болатын интерференциялық кескін-суреттердің қабаттасуын қарастыру арқылы түсінікті болмақ. Үлкен өлшемді жарық көзі кезінде қосындылық интерференциялық кескінсурет айқын болмай бұлдырланып (жайылып) көрінетін болады. Интерференциялық кескін-суреттер екі сәулелік және көп сәулелік болып ажыратылады. Алғашқы жағдайда жарық интерференциялық кескінсуреттің әрбір нүктесіне ортақ жарық көзінен екі жолмен келеді (сызбадағыдай), бұған қосымша интерференциялық кескінсуреттегі қарқындылықтың үлестірілуі гармониялық функция болады. Көп сәулелік интерференциялық кескін-сурет бастапқы толқын- дық шепті көптеген рет ша- ғылыстыру арқылы ажыраты- лып алынған көптеген коге- рентті толқындардың қабатта- суларынан (мысалы, ФабриПеро интерферометрімен) не көп бөлікті периодты құры-
1-сызба. Юнг тәжірибесінің сызбасы мен сұлбасы. Оң
лымдардағы дифракциялардан жақтағы тұтас сызық экрандағы қарқындылықты пайда болады. Көп сәулелік көрсетеді, үзік-үзік сызық экранның жарықталынуын
білдіреді.
жарық интерференциясы кезінде интерференциялық кескін-суреттің қарқындылығы (δ) гармониялық функция болмайды. Көп сәулелік жарық интерференциясы кезіндегі интерференциялық кескін-суреттің қарқындылығының қатаң тәуелділігі спектрлік аспаптарда кеңінен пайдаланылады.
Табиғи жағдайда көрінетін жарық интерференциясы жұқа пленкалардың түрлі түске боялуы (су бетіндегі майлы пленка, сабын көпіршіктері, металл беттеріндегі тотықтар) болып табылады, бұл құбылыс екі беттік пленкадан шағылысқан жарықтың интерференциясынан пайда болады. Қалыңдығы айнымалы жұқа пленкаларды созылыңқылы жарық көзімен жарықтаған кезде пленканың бетінде интерференциялық кескін-сурет бір орында шектелетін болады, сонымен бірге осы интерференциялық жолақ пленканың белгілі бір қалыңдығына сәйкес келеді (бірдей қалыңдықты пленка). Ақ жарықта жолақ боялған болады. Қалыңдығы тұрақты жұқа пленкаларда (λ-дің үлестеріне дейінгі дәлдіктегі) оған бірдей бұрышпен түсетін сәулелердің жүріс айырымы бірдей болады және интерференциялық жолақ бірдей көлбеулікті жолақ деп аталған. Бұлар шексіздікте шектелген және де оларды линзаның фокустық (тоғысу) жазықтығында бақылауға болады.
Жарық интерференциясына жарықтық «соғуы» да жатады, бұл құбылыс жарық өрістерінің әртүрлі жиіліктерінің қабаттасуынан пайда болады. Бұл жағдайда кеңістікте қума интерференциялық кескін-сурет пайда болады. Жарық қарқындылығы берілген нүктеде интерференцияланатын толқындардың жиіліктерінің айырымына тең жиілікпен өзгереді. Жарықтың «соғуы» интерференцияланатын сәулелердің уақыт бойынша өзгеруі кезінде жарық интерференциясының әдеттегі сұлбасы бойынша пайда болады. Жарықтың тәуелсіз көздерінің сәулелеріндегі жарықтың соғуын байқау тек лазерлік көздер үшін ғана мүмкін.
S-тен шыққан сәулелер Е экранға тіке түспес үшін Қ қалқа қойылған. S1 мен S2 – бастапқы жарық көзінің жорымал кескіндері. Жазық айналардан шағылысқан жарық шоқтарын осы S1 және S2 жорымал кескіндерден шыққан деп қарастыруға болады. Бұлар когерентті жарық шоқтары (толқындары) болып есептеледі және берілген нүктеге әр түрлі жол жүріп жеткен. Сондықтан да осы толқындар тоғысқан (қосылған) алқапта (С`2 С`1МС2С1) интерференциялық кескін-сурет байқалады. Интерференциялық бейненің кескін-суреттің ортасы (М нүктесінде) жарық, ал оның екі жағында күңгірт қара және жарық жолақтар алма-кезек ауыса орналасқан. Т.Юнг- тің тәжірибесінде (3-сызба) жарықтың параллель шоғы кішкене саңылауы бар Е1 эк- раннан өткен соң, екі саңылаулы (D1 және D2) экранға (Е2) түседі. Осы екі саңылаудан өт- кен жарық шоқтарының қабаттасуы нәти- жесінде Е3 экранда интерференциялық кескінсурет пайда болады. Бұл тәжірибелерде жа- рық интерференциясы жарық көзінің бір нүк- тесінен шыққан толқындардың қабаттасуы кезінде ғана байқалады. Жарық көзінің әр түр- лі нүктелерінен таралған толқындардың қабаттасуы нәтижесінде пайда болған интер- ференциялық кескін-суреттердің айқынды- лығы көмескіленеді; шекаралары айқын бө- лінбей бір-бірінің үстіне қабаттаса орналасады.
Жарық интерференциясы р е ф р а к т —
2-cызба. Френель тәжірибесінің сұл- м е т р и я д а (ортаның сыну көрсеткішін басы
өлшеуде) арақашықтықты және бұрыштарды дәл өлшеу үшін спектрлік талдауда, жарық сүзгілерін, айналарды жасауда; голография жарық интерференциясы құбылысына негізделген. Полярланған сәулелердің интерференциясы жарық интерференциясының маңызды жағдайы болып табылады.
ЖАРЫҚ КВАНТЫ (латынша «куантум – қанша») – электрмагниттік сәу- ленің кванты – фотон деген ұғыммен мағыналас атау.