คลื่นแสง

แสงและสเปคตรัม

       หากเราจะนำแสงอาทิตย์ซึ่งเป็นแสงสีขาวส่องผ่านปริซึม แสงขาวจะถูกแยกออกได้ 7 สีคือสีม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง ส้ม และ แดง โดยลำดับของสีจะเรียงตามการกระจายแสงจากมากไปน้อย เรียกแสงสีที่เกิดขึ้นนี้ว่า สเปคตรัมของแสง (Spectrum) ดังรูป

รูปแสดงแสงขาวเมื่อผ่านปริซึมจะถูกแยกเป็นแสงสีต่าง ๆ

แสงสี	ความยาวคลื่น(นาโนเมตร)
ม่วง	380-450
น้ำเงิน	450-500
เขียว	500-570
เหลือง	570-590
แสด	590-610
แดง	610-760

       การที่เราสามารถเห็นสีของวัตถุแตกต่างกันก็เพราะ เมื่อให้แสงกระทบผิววัตถุ ปริมาณแสงสะท้อนจากผิววัตถุ
หรือปริมาณแสงที่ผ่านจากวัตถุเข้าสู่ตามีปริมาณต่างกัน การที่จะเห็นสีที่แท้จริงของวัตถุ วัตถุนั้นจะต้องส่องด้วยแสงสี
เดียวกัน หรือมีแสงสีเดียวกันรวมอยู่ด้วย จึงจะมองเห็นวัตถุด้วยสีแท้จริงของมัน และถ้าส่องด้วยแสงแดด จะเห็นสีที่แท้จริง
ของวัตถุทั้งนี้เพราะแสงแดดประกอบด้วยแสงสีต่างๆ ทุกสี ดังนั้นแสงที่มีสีเดียวกับวัตถุจะสะท้อนเข้าสู่ตา แสงช่วงที่ตา
สามารถ มองเห็นมีค่าอยู่ระหว่าง 400 – 700 นาโนเมตร และมีความถี่อยู่ในช่วง 103-105 เฮิรตซ์ โดยแสงสีม่วงซึ่งมีความยาว
คลื่นน้อยที่สุด หรือ ความถี่สูงสุด ส่วนแสงสีอื่น ๆ ให้สเปคตรัมของแสงในช่วงนี้ก็มีความยาวคลื่นสูงขึ้นตามลำดับ จนถึงแสงสีแดงมีความยาวคลื่นมากที่สุดหรือมีความถี่ต่ำที่สุด ดังรูป

รูปแสดงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าช่วงที่ตามองเห็น

        คลื่นที่มีความถี่ต่ำกว่าแสงสีแดงเรียกว่า “อินฟราเรด” (Infrared) ส่วนคลื่นที่มีความถี่สูงกว่าแสงสีม่วงเรียกว่า
“อัลตราไวโอเลต” (Ultraviolet) 

การแทรกสอดของแสง         การแทรกสอดของแสง (Interference) เกิดได้ต่อเมื่อคลื่นแสง 2 ขบวนเคลื่อนที่มาพบกัน จะเกิดการรวมตัวกันและแทรกสอดกันเกิดเป็นแถบมืดและแถบสว่างบนฉาก โดยแหล่งกำเนิดแสงจะต้องเป็นแหล่งกำเนิดอาพันธ์ (Coherent Source) คือเป็นแหล่งกำเนิดที่ให้คลื่นแสงความถี่เดียวกัน และความยาวคลื่นเท่ากัน ดังรูป รูปแสดงคลื่นแสง 2 ขบวนจากแหล่งกำเนิดอาพันธ์แทรกสอดกันบนฉาก (แถบสว่างบนฉากเกิดจากการแทรกสอดแบบเสริม และแถบมืดเกิดจากการแทรกสอดแบบหักล้าง)

ถ้าให้แสงส่องไปยังแผ่นที่มีช่องแคบคู่หรือแผ่นสลิตคู่ โดยที่ช่องแคบ S1 และ S2 เสมือนเป็นแหล่งกำเนิดอาพันธ์ ซึ่งห่างกันเป็นระยะ d เมื่อแสงคลื่นเดินทางจากแหล่งกำเนิดอาพันธ์ทั้ง 2 มาถึงฉากคลื่นแสงจากทั้ง 2 แหล่งจะเกิด การรวมกันหรือซ้อนกันจนเกิดแถบสว่างและแถบมืดดังรูป 1. แถบสว่าง O และแถบสว่างอื่นๆถัดไป (เฟสตรงกันแทรกสอดแบบเสริมกัน) 2. แถบมืด P และแถบมืดอื่นๆถัดไป (เฟสต่างกัน 180 องศาแทรกสอดแบบหักล้างกัน) สมการของแถบสว่างในปรากฏการณ์แทรกสอดผ่านสลิตคู่ เมื่อ X คือตำแหน่งแถบสว่างใดๆ เมื่อพิจารณาที่ตำแหน่ง Q       จาก                       ดังนั้น                                  สรุปได้ว่า                             เมื่อ n = 0,1, 2,… สมการของแถบมืดในปรากฏการณ์แทรกสอดผ่านสลิตคู่>        เมื่อ Y คือ ตำแหน่งแถบมืดใดๆ                                                                                   การเลี้ยวเบนของแสง        การเลี้ยวเบนของคลื่น (Diffraction) เกิดขึ้นเมื่อคลื่นถูกกีดขวาง สิ่งกีดขวางอาจเป็นฉากที่มีรูเปิดเล็ก ๆ หรือช่องแคบ ที่ปล่อยให้คลื่นผ่านไปได้ดังรูป รูปแสดงการเลี้ยวเบนของคลื่น รูปแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มแสง ณ ตำแหน่งต่างๆบนฉาก        ถ้าให้แสงส่องไปยังแผ่นที่มีช่องแคบหรือแผ่นสลิตเดี่ยว โดยที่ความกว้างของช่องเท่ากับ a เมื่อแสงเดินทางจากช่องแคบมาถึงฉากจะเกิดแถบมืดที่จุด  P ดังรูป รูปแสดงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าช่วงที่ตามองเห็น สมการของแถบมืดในปรากฏการณ์เลี้ยวเบนผ่านสลิตเดี่ยว       เมื่อ n = 1, 2, 3, ….