Interferenciás műszerek – a fény hullámtermészetének alkalmazása az optikai méréstechnikában

0

Az ipari és tudományos mérőműszerekkel szemben támasztott igények – elsősorban a felbontás, a mérési tartomány, a jel-zaj viszony – vonatkozásában folyamatosan komoly kihívások elé állítják a fejlesztőket és a gyártókat. A folyamat elsősorban a már ismert elvek újragondolását, illetve új módszerek felkutatását és alkalmazását jelenti. A korszerű méréstechnika berendezései között egyre jelentősebb helyet foglalnak el az interferenciás elve épülők, az alábbiakban alapelvüket, illetve működésüket vizsgáljuk.

A fény természetének vizsgálata és magyarázata már régóta központi kérdés volt a tudomány művelői körében. Mai ismereteink szerint – a hullám-részecske kettősségnek nevezett elv alapján – a fény hullám és részecske tulajdonságokkal egyaránt rendelkezik, azaz a fény viselkedése bizonyos esetekben hullám-, míg más esetekben részecsketulajdonságokkal magyarázható.

Huygens-elv

Már az ókorban is megfigyelték – és ügyesen alkalmazták is — a fény egyenes vonalú terjedését, visszaverődését és törését, azonban terjedési módjára vonatkozóan számos téves elképzelést alkottak. A fény hullámelméletéhez kapcsolódó fogalomkört Christiaan Huygens (1629 – 1695), holland matematikus, fizikus és csillagász alkotta meg, így több fénnyel kapcsolatos jelenségre tudott magyarázatot adni. Komoly szakmai tekintélyt sikerült kivívnia a Sir Isaac Newton (1642 – 1727) által képviselt korpuszkuláris természetet hirdetők, illetve a fény hullámtermészetét preferáló tudósok között folytatott, tudományos vitában. Az általa 1678-ban megfogalmazott és róla elnevezett elv lényegében egy szerkesztési módszer a keletkező hullámfront alakjára vonatkozóan. Kimondja, hogy a hullámfront minden egyes pontja, a minden irányban terjedő másodlagos hullámok forrása, és az új hullámfront a másodlagos hullámok burkoló felülete.

A Huygens–Fresnel-elv

A keletkező hullámfront alakját leíró Huygens-elv azonban nem ad magyarázatot a keletkező elhajlás jelenségére, az vele már nem is értelmezhető. Mivel a Huygens-elv nem támaszkodik a terjedő hullám intenzitásviszonyaira, így nem ad magyarázatot sem az árnyékjelenségre, sem arra a tapasztalati jelenségre, hogy a hullám hatása megfigyelhető az árnyéktérben is. A probléma feloldására a Huygens-elv módosításával Augustin-Jean Fresnel (1788 – 1827) francia mérnök és fizikus tett javaslatot 1818-ban. A Huygens–Fresnel-elv szerint az új hullámfrontot nem az elemi hullámok burkolófelületeként kell értelmezni, hanem az elemi hullámok interferenciájából lehet meghatározni. Az interferenciajelenség azt jelenti, hogy ha a tér egy pontjában két hullám találkozik, akkor hatásuk — a szuperpozíció elve alapján – összegződig, amit interferenciajelenségnek nevezzük. Az eredő hullámfront meghatározása során tehát nem csak a geometriaimódszerekkel szerkeszthető terjedést kell figyelembe venni, hanem az interferencia jelenségét is, amely következményeként a keletkező hullámok a hullámtérben egymást erősíthetik vagy gyengíthetik, azaz megfigyelhető intenzitásváltozások keletkeznek. A Huygens–Fresnel-elv segítségével magyarázható az árnyékjelenség, ami azt jelenti, hogy az elemi hullámok az útjukba kerülő rés túloldalán, annak méretétől függően kioltják egymást…

Antal Ákos teljes cikkében elmagyarázza az interferencia jelenségét, részletesen leírja a geometriai optika szemléletét, továbbá ismerteti az első interferenciás kísérleteket és a Michelson–Morley-kísérletet.
Az írás az Optikai Magazin legfrissebb számában olvasható.

Megosztás.

Leave A Reply