Giao Thoa & Nhiễu Xạ

Khi sóng ánh sáng đi qua hai khe hẹp, mỗi khe phát ra sóng lan tỏa chồng lấp lên nhau trên một màn phía sau chúng. Nơi đỉnh sóng từ khe này gặp đỉnh sóng từ khe kia, chúng cộng lại thành một vân sáng; nơi đỉnh sóng gặp đáy sóng, chúng triệt tiêu thành một khoảng tối. Vân sáng chỉ xuất hiện tại các góc đặc biệt nơi khoảng cách thêm mà một sóng đi qua là một số nguyên lần bước sóng.

Công thức

d · sin θ = m · λ

• d — khoảng cách khe (m): khoảng cách giữa hai khe (hoặc các vạch trên một cách tử)
• θ — góc (°): góc từ tâm mẫu hình ra đến một vân sáng
• m — số bậc (unitless): đó là vân sáng nào, đếm 0, 1, 2… ra từ tâm
• λ — bước sóng (m): độ dài của một chu kỳ sóng đầy đủ của ánh sáng

Ví dụ đã giải

Ánh sáng có bước sóng 500 nanômét chiếu qua hai khe cách nhau 20 micrômét. Sin θ cho vân sáng thứ hai (m = 2) là bao nhiêu?

• d = 20 μm
• λ = 500 nm
• m = 2

1. sin θ = m · λ / d
2. sin θ = (2 × 500 nm) / 20 000 nm

sin θ = 0.05

Tự kiểm tra

Bạn thấy điều này ở đâu

Lớp ánh cầu vòng lấp lánh trượt qua mặt bong bóng xà phòng và những màu sắc phản chiếu từ các rãnh của một đĩa CD cũ chính là giao thoa đang làm việc: các sóng ánh sáng phản xạ từ mặt trên và mặt dưới của một màng mỏng cộng lại hay triệt tiêu nhau tùy theo bước sóng, phân tách ánh sáng trắng thành các dải màu. Hai khe hẹp cùng một màn hình làm chính sự cộng và triệt tiêu ấy hiện rõ thành những vạch sáng và tối.

Những sai lầm phổ biến

Chiều thay đổi của khoảng cách vân làm vấp hầu như mọi người: kéo hai khe ra xa nhau hơn (d lớn hơn) lại khiến các vân dồn SÁT lại gần nhau hơn — d nằm dưới mẫu số trong sin θ = m·λ/d, nên mẫu số càng lớn thì góc càng nhỏ. Và mỗi bậc m có góc riêng của nó, chứ không phải dùng lại kết quả của bậc trước: với d = 20 micrômét và ánh sáng 500 nm, vân sáng thứ nhất nằm ở sin θ = 0.025.

Nó liên kết như thế nào

Đây là điểm chuyển sang lãnh địa sóng của chuyên đề quang học, và nó dựa trên nền tảng từ chuyên đề sóng: v = f · λ chi phối ánh sáng như bất kỳ sóng nào khác, và chính bước sóng quyết định các vân rơi vào đâu — đó cũng chính là cách các thí nghiệm khe đôi ngay từ đầu đã đo được bước sóng của ánh sáng. Phân cực, phần kế tiếp, hoàn thiện bức tranh sóng bằng cách cho thấy sóng dao động theo hướng nào.

Thử mô phỏng

• Khe đôi Young
• Nhiễu xạ qua khe đơn
• Cách tử nhiễu xạ
• Giao thoa màng mỏng

Các khái niệm liên quan

• Phương Trình Thấu Kính Mỏng
• Định Luật Khúc Xạ Snell
• Phương Trình Gương
• Phân Cực & Định Luật Malus