การเลี้ยวเบนของแสง
ผ่านสลิตเดี่ยว

การเลี้ยวเบนของแสง

"แสงมีสมบัติของความเป็นคลื่น เมื่อแสงเดินทางผ่านสิ่งกีดขวางเช่น ฉากที่มีรูเปิดขนาดเล็ก หรือขอบของวัตถุ ส่งผลให้แสงที่เคลื่อนที่ผ่านสิ่งกีดขวางนี้มี
ทิศกระจายออก ปรากฏการณ์ดังกล่าวนี้เรียกว่า
การเลี้ยวเบน (Diffraction)" ดังแสดงในรูปด้านล่าง

ถ้าช่องแคบมีช่องเดียวจะเรียกว่า สลิตเดี่ยว (single slit) สมมุติว่าแสงที่ตกกระทบสลิตนี้เป็นแสงอาพันธ์และมีความยาวคลื่นเดียว โดยที่ความยาวคลื่นมีค่าใกล้เคียงกับความกว้างของช่องเปิดนี้

ตามหลักของฮอยแกน (Christian Huygens) แต่ละตำแหน่งบนคลื่นสามารถประพฤติตัวเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นใหม่ได้

ดังนั้นเมื่อแสงที่เดินทางผ่านสลิตเดี่ยว
จะเกิดการเลี้ยวเบนและเกิดการแทรกสอดขึ้น เมื่อมีฉากมารับแสงจะสามารถสังเกตเห็นแถบมืดและแถบสว่างที่มีความสมมาตรได้ โดยแถบสว่างกลางจะมีขนาดที่กว้างและสว่างที่สุด ส่วนแถบสว่างที่ห่างออกไปทั้ง 2 ข้างจะมีความกว้างและความสว่างน้อยลงเรื่อยๆ ตามลำดับ หากเราลดความกว้างของสลิตเดี่ยวลงขนาดของแถบสว่างกลางจะมีขนาดกว้างขึ้น

รูปที่1 แสดงการเกิดการแทรกสอดของแสงที่ระยะต่างๆ

รูปที่ 2 แสดงภาพจากฉากรับภาพเมื่อแสงเกิดการเลี้ยวเบนผ่านสลิตเดี่ยว

จากภาพด้านบนจะเห็นได้ว่าแสงเดินทางผ่านช่องแคบเดี่ยวที่มีความกว้าง

a

เมื่อแสงเคลื่อนที่ผ่านช่องแคบจะเกิดการเลี้ยวเบนไปเป็นมุม θ เทียบกับแกนกลาง (central axis) ไปตกกระทบบนฉากที่จุด

p subscript 1

ซึ่งบริเวณนี้เราเรียกว่า แถบมืดที่ (totally destructive interference)

เราสามารถคำนวณความกว้างของแถบมืดและแถบสว่างที่ปรากฏบนฉากรับได้ โดยใช้สมการการเลี้ยวเบนของสลิตเดี่ยว ตำแหน่งของแถบมืดที่ปรากฏบนฉากรับแสง สามารถเขียนได้เป็น ดังต่อไปนี้

ตำแหน่งแถบมืด

d sin theta equals n lambda

เมื่อ n=1,2,3,...

ระยะห่างระหว่างแถบมืดสองแถบที่อยู่ติดกันจะมีระยะห่างเท่ากันตามภาพด้านล่าง

เราสามารถหาค่าของ ∆x ได้จากสมการ

increment x equals fraction numerator lambda D over denominator d end fraction

การหาความกว้างของแถบสว่างกลาง

ในการแทรกสอดผ่านสลิตเดี่ยว แถบสว่างกลางจะมีความเข้มและความกว้างมากที่สุด ความกว้างของแถบสว่างกลางจะเท่ากับระยะห่างระหว่างแถบมืดที่ 1 ที่อยู่ติดกับแถบสว่างกลางนั่นเอง

จะเห็นได้ว่าเมื่อทำการหาระยะระหว่างจุดตรงกลางไปจนถึงแถบมืดที่ 1 แล้วทำการคูณ 2 เข้าไปจะได้เป็นความกว้างของแถบสว่างกลางเช่นกัน

แสงเชิงฟิสิกส์: สะท้อน หักเห แทรกสอด เลี้ยวเบน (1)

แบบฝึกหัด

แสงเชิงฟิสิกส์: สะท้อน หักเห แทรกสอด เลี้ยวเบน (1)

แสงเชิงฟิสิกส์: สะท้อน หักเห แทรกสอด เลี้ยวเบน (1)

แสงเชิงฟิสิกส์: สะท้อน หักเห แทรกสอด เลี้ยวเบน (1)

เนื้อหา

การเลี้ยวเบนของแสง
ผ่านสลิตเดี่ยว