Principio de interferencia del interferómetro Mach-Zehnder

En 1800, Thomas Young publicó un artículo "Experimentos y problemas del sonido y la luz", argumentando que la luz y el sonido son ondas, que la luz es una vibración longitudinal que se propaga en el medio éter y que los diferentes colores de la luz son similares a los sonidos de diferentes frecuencias. Tras analizar el fenómeno de superposición de las ondas del agua, dijo que cuando las ondas sonoras se superponen, pueden fortalecerse y debilitarse, y aparecen tonos compuestos y frecuencias de ritmo. Más importante aún, introdujo el concepto de "intervención".

En 1801, leyó un artículo sobre el color cinematográfico en la Royal Society. Este artículo amplía y desarrolla aún más la teoría ondulatoria de Huygens, propone claramente que la luz tiene frecuencia y longitud de onda y mejora el concepto de ondas luminosas. Explicó satisfactoriamente el fenómeno de interferencia de los anillos de Newton, creyendo que "cuando dos movimientos vibratorios de diferentes orígenes tienen la misma dirección o tienen una dirección muy cercana, entonces su * * * interacción es igual a la suma de los efectos de cada vibración actuando sola. "Esto en realidad propone las condiciones de coherencia y el principio de interferencia de la luz.

Este año, desarrolló ampliamente el principio de interferencia en un artículo publicado en el "Journal of Philosophy": "Dos partes diferentes del mismo haz de luz entran en el ojo por caminos diferentes, ya sea exactamente en en la misma dirección, o en direcciones muy diferentes, donde la diferencia de trayectoria de la luz es un múltiplo integral de una cierta longitud, la luz se intensificará y la luz será más intensa en el medio de la zona de interferencia; diferente para haces de luz de diferentes colores ”

En 1802, Thomas Young citó su experimento de interferencia de dos agujeros (doble rendija) al dar un discurso en la Royal Society. Dijo: "Para superponer el efecto de estas dos partes de luz en la pantalla, es necesario hacer que la luz de la misma fuente de luz y tomar diferentes caminos llegue a la misma área sin causar que se dispersen. Si hay dispersión , la luz se puede refractar, reflejar o refractar. Sus efectos se pueden superponer desde uno o ambos lados, pero haciendo pasar luz paralela a través de dos orificios muy próximos entre sí como una nueva fuente de luz, desde la cual se emite una onda de luz esférica sobre la pantalla. , la sombra de la luz se extiende simétricamente hacia ambos lados. Sin embargo, cuanto más lejos está la pantalla de la apertura, más se extiende la luz de la apertura y se expande en el mismo ángulo, más cerca están los agujeros entre sí. la pantalla se expande proporcionalmente. Después de superponer las dos partes de luz, el centro de la línea que conecta los dos agujeros en la pantalla es el más brillante. En ambos lados, hay una cierta diferencia de distancia entre los dos pequeños agujeros y cada punto. la diferencia de distancia es 1, 2 o 3 veces la longitud de onda de la onda de luz, y la diferencia de distancia es 1/2, 3/2 o 5/2 veces la longitud de onda de la onda de luz, estos lugares en la pantalla son brillantes áreas y la distancia entre áreas brillantes adyacentes La distancia es igual en el otro lado ". Este es el famoso experimento del doble agujero (doble rendija) de Yang.

Thomas Young iluminó los agujeros dobles con luz roja y observó las bandas de luz formadas en la pantalla por la luz que pasaba a través de los agujeros dobles. Cuando cubre un orificio, solo hay un punto de luz roja con intensidad de luz uniforme en la pantalla; cuando los dos orificios no están cubiertos, aparecen bandas rojas y negras alternas en el área superpuesta de los dos puntos de luz en la pantalla. La banda roja es bastante brillante y su ancho es igual. Al mismo tiempo, cada banda negra tiene el mismo ancho que la banda roja.

Según la comparación de varios experimentos, la longitud de onda de la luz roja extrema en el aire debe ser L/36000 pulgadas, y la luz violeta extrema debe ser 1/60000 pulgadas. Estas son las longitudes de onda medidas con precisión. luz visible. Tiene un significado trascendental en la historia del desarrollo óptico.

Thomas Young también aplicó el principio de interferencia para explicar los fenómenos de difracción. 1803 165438 + 24 de octubre mencionó en su discurso la verificación experimental de la ley general de interferencia luminosa. Después de hacer varios experimentos con los bordes de colores que aparecen con las sombras, se descubrió que los bordes de colores se forman en base a la interferencia de dos partes de luz.

El primer experimento consiste en hacer un agujero en la ventana de madera, pegarle un trozo de papel grueso y perforar un agujero en el papel grueso con la punta de una aguja. Para facilitar la observación, se coloca un pequeño espejo en una posición adecuada fuera de la ventana de madera. La luz del sol reflejada en el espejo incide horizontalmente en la pared opuesta. Se inserta un trozo de papel delgado de 1/30 de pulgada en la luz del sol para observar. Las sombras reflejadas por otros papeles gruesos en la pared o colocados a varias distancias se dividen por lados paralelos además de los dos lados de la sombra. Los bordes son muy finos y sus valores cambian con la distancia desde la que se observa la sombra. La parte central de la sombra es siempre blanca. Estos bordes son el resultado de la combinación de dos porciones de luz que pasan a través de cada lado del papel de seda, más una difracción que una refracción.

El segundo experimento consistió en que cuando un objeto con un nudo en ángulo recto forma una sombra, se ven dos o tres colores en el borde exterior habitual. Estos parten de la bisectriz del ángulo, están dispuestos a los lados y se curvan en forma convexa hacia la bisectriz del ángulo. Y cuanto más se aleja de la bisectriz del ángulo, más delgada se vuelve.

Estos bordes también son el resultado de la luz que se dobla y se superpone directamente en la dirección de la sombra en ambos lados del objeto.

El primer experimento de Thomas Young fue la difracción con varilla fina y su segundo experimento fue la difracción en ángulo. En 1883, Guy y Wayne observaron directamente ondas límite cuando la luz se inclinaba en un ángulo grande. Se confirmó el concepto de Thomas Young sobre ondas límite en difracción.