Про интерференцию.

[rotozeev]

О! Вот примерно такой же вопрос у меня возникал, когда мне рассказывали на 2 курсе про "просветление оптики". Вот луч падает на пленку толщиной d. Мы имеем отражение от наружной и внутренней поверхности в одну сторону.



При правильном подборе толщины пленки два отраженных луча будут в противофазе и, следовательно, ничего отражаться не будет, все будет проходить.

В голове не укладывалось то, как же свет "чувствует", что при отражении он будет негативно интерферировать, и поэтому энергию нужно не отражать, а всю пропускать? Ведь, чтобы лучам "понять", что при отражении они проинтерферируют и взаимопогасятся они же должны все таки отразиться? А если отразились и "поняли", что при таком отражении они исчезают, и для сохранения энергии они должны "повернуться назад" и пройти без отражения?

Но прочитав про "задачу с бомбами" и поняв, что интерферируют не "лучи", а отдельные фотоны сами с собой я перестал беспокоиться и полюбил интерференцию.

[Munin]

Можно понять эту задачу не на уровне фотонов - это всё-таки кванты́, довольно сложно.

А просто на уровне волновых уравнений и принципа Гюйгенса.

[rotozeev]

Munin в сообщении #1101311 писал(а):

Можно понять эту задачу не на уровне фотонов - это всё-таки кванты́, довольно сложно.

А просто на уровне волновых уравнений и принципа Гюйгенса.

Математически проблем нет. Проблема возникает при мысли о том, что луч должен как бы заранее "прощупать" возможные пути, решить для себя (из принципа Гюйгенса, сложения синусоид...), что вот там он быть не может и лететь в нужном, не запрещенном, направлении.

[Tell Wilhelm]

Разве нельзя процесс отражения интерпретировать как изотропное переизлучение от среды, которое синфазно складывается толко в определенном направлении, про которое говорит школьный закон отражения? В некотором роде, это та же самая интерференция. Конечно, изменения условий будут влиять на процесс переизлучения.

[Munin]

rotozeev в сообщении #1101323 писал(а):

Математически проблем нет. Проблема возникает при мысли о том, что луч должен как бы заранее "прощупать" возможные пути, решить для себя (из принципа Гюйгенса, сложения синусоид...), что вот там он быть не может и лететь в нужном, не запрещенном, направлении.

Да. Тут надо просто хорошо понять, что идея "прощупывания путей" и идея решения ДУЧП - математически эквивалентны. На эту тему много Фейнман рассказывал (ещё бы, кому ж ещё). В популярной книжке про КЭД, в Фейнмане-Хибсе.

Tell Wilhelm
Можно.

[AL Malino]

rotozeev в сообщении #1101309 писал(а):

В голове не укладывалось то, как же свет "чувствует", что при отражении он будет негативно интерферировать, и поэтому энергию нужно не отражать, а всю пропускать? Ведь, чтобы лучам "понять", что при отражении они проинтерферируют и взаимопогасятся они же должны все таки отразиться? А если отразились и "поняли", что при таком отражении они исчезают, и для сохранения энергии они должны "повернуться назад" и пройти без отражения?

rotozeev в сообщении #1101323 писал(а):

Проблема возникает при мысли о том, что луч должен как бы заранее "прощупать" возможные пути, решить для себя (из принципа Гюйгенса, сложения синусоид...), что вот там он быть не может и лететь в нужном, не запрещенном, направлении.

Луч, падающий на просветлённую поверхность на самом деле ничего не "чувствует", не "прощупывает" и "не решает". Всё немножко прозаичнее: самый передовой фронт луча всё-таки немножко отражается (равно как и самый хвостик). Т.е прошедший луч будет всё же малость искажён по временнóму профилю по сравнению с падающим. Характер искажения определяется соотношением толщины просветляющей структуры и длительностью импульса. Если уж рассматривать картинку совсем грубо-наглядно, то можно считать, что реальное гашение отражённого луча начнётся тогда, когда лицевой поверхности достигнет волна, отражённая глубинными слоями. Если же взять импульс, длительность которого меньше, чем удвоенное время прохождения просветляющей структуры, то он и… вообще не "просветлится", более того — отражённый луч будет состоять из двух импульсов (или стольких, сколько слоев содержится в просветляющей структуре). Хотя, чтобы увидеть такую картину воочию, надо сильно постараться, поскольку обычно толщины просветляющих слоёв меньше не то, что применяемых в народном хозяйстве импульсов, но и даже меньше длины волны лучей видимого участка спектра.

[Munin]

Ух какие тонкости пошли!

[Xey]

AL Malino в сообщении #1101377 писал(а):

Хотя, чтобы увидеть такую картину воочию, надо сильно постараться, поскольку обычно толщины просветляющих слоёв меньше не то, что применяемых в народном хозяйстве импульсов, но и даже меньше длины волны лучей видимого участка спектра.

Увидеть воочию наверно будет сложно, потому что такие короткие импульсы будут иметь широкий спектральный состав.

[Viktor92]

AL Malino в сообщении #1101377 писал(а):

Если же взять импульс, длительность которого меньше, чем удвоенное время прохождения просветляющей структуры, то он и… вообще не "просветлится", более того — отражённый луч будет состоять из двух импульсов (или стольких, сколько слоев содержится в просветляющей структуре).

Т.е. получается в этом случае вся энергия отразиться грубо говоря назад, а вот если длительность импульса сделать хотя бы равной удвоенному времени прохождения просветляющей поверхности, то уже начнётся интерференция и энергия электромагнитной волны начнёт проходить через линзу.
Раньше я как-то не задумывался на этим , но теперь у меня тоже недоумение - откуда энергия волны знает когда её проходить, а когда нет? Если это рассматривать с корпускулярной точки зрения, у нас есть фотон и макроскопический объект - линза с просветляющим слоем. Я пока не знаю точно механизмов прохождение фотона через вещество, но его отражение - либо эффект Комптона, либо он поглощается атомами вещества и они переизлучают фотон той же энергии, думаю второе преобладает. Энергия прошедшая/отражённая пропорционально числу фотонов в соответствующих лучах, длительность импульса похоже влияет на длину пучка фотонов в пространстве - представим этот пучок просто в виде $.......$ (т.е. волна малой интенсивности), получается от длины этого пучка будет зависеть пройдут/не пройдут фотоны, они пройдут если длина пучка хотя бы равна удвоенной толщине просветляющего слоя (хотя понятно что это идеализация и какая-то часть энергии (фотонов) отразится). Если рассуждать с точки зрения квантовой механики, то фотонам можно приписать состояния характеризующие их прохождение/отражение от просветляющего слоя, хотя тут и состояния атомов вещества также будут меняться. Вообщем картина получается очень сложной, от длины пучка фотонов в пространстве будет зависеть доля реализаций того или иного состояний, значит пучок фотонов надо вообще рассматривать как единую квантовую систему со своим вектором состояния?

[arseniiv]

Viktor92 в сообщении #1101419 писал(а):

откуда энергия волны знает

Вот энергия-то уж точно ничего не знает.

[Munin]

Viktor92 в сообщении #1101419 писал(а):

Я пока не знаю точно механизмов прохождение фотона через вещество, но его отражение - либо эффект Комптона, либо он поглощается атомами вещества и они переизлучают фотон той же энергии, думаю второе преобладает.

Абсолютно.

[Gleb1964]

AL Malino в сообщении #1101377 писал(а):

Луч, падающий на просветлённую поверхность на самом деле ничего не "чувствует", не "прощупывает" и "не решает". Всё немножко прозаичнее: самый передовой фронт луча всё-таки немножко отражается (равно как и самый хвостик).

У такого подхода к интерференции в тонких пленках есть трудность - короткий кусочек отраженного луча должен расплыться по спектру. Значит, если светить источником с узкими атомными линиями, например, ртутной лампой низкого давления, то при отражении от просветляющего покрытия должно наблюдаться уширение линий. Однако, этого не происходит.
То же самое можно продемонстрировать, например, в интерферометре Майкельсона - если внести малый сдвиг между лучами, то, следуя вашему описанию, стоит ожидать уширения линий из-за обрезания хвостиков цугов волн. Однако, этого нет. Нет этого и при работе дифракционной решетки, эшелле, фабри-перо и прочих.
При наложении цугов интерферирующих волн со сдвигом, падает их взаимная корреляция - когерентность, минимумы-максимумы интерференционной картины теряют контраст, нет полного гашения, пропускания-отражения. В случае просветляющего покрытия это будет означать, что оно будет чуточку отражать. Но детектор, установленный на стороне, куда отражается свет, всегда будет регистрировать только целые фотоны