ছয়টি গুরুত্বপূর্ণ ঘটনা আলোক তরঙ্গের আচরণকে বর্ণনা করে যদি এটি তার পথে কোন বাধার সম্মুখীন হয়। এই ঘটনাগুলির মধ্যে রয়েছে প্রতিফলন, প্রতিসরণ, মেরুকরণ, বিচ্ছুরণ, হস্তক্ষেপ এবং আলোর বিচ্ছুরণ। এই নিবন্ধটি তাদের শেষের দিকে ফোকাস করবে৷
আলোর প্রকৃতি এবং টমাস ইয়ং এর পরীক্ষা নিয়ে বিতর্ক
17 শতকের মাঝামাঝি, আলোক রশ্মির প্রকৃতি সম্পর্কিত সমান শর্তে দুটি তত্ত্ব ছিল। তাদের একজনের প্রতিষ্ঠাতা ছিলেন আইজ্যাক নিউটন, যিনি বিশ্বাস করতেন যে আলো পদার্থের দ্রুত গতিশীল কণার সংগ্রহ। দ্বিতীয় তত্ত্বটি ডাচ বিজ্ঞানী ক্রিশ্চিয়ান হাইজেনস দ্বারা উত্থাপন করা হয়েছিল। তিনি বিশ্বাস করতেন যে আলো একটি বিশেষ ধরনের তরঙ্গ যা একটি মাধ্যমের মাধ্যমে একইভাবে প্রচার করে যেভাবে শব্দ বাতাসের মধ্য দিয়ে ভ্রমণ করে। হাইজেনসের মতে আলোর মাধ্যম ছিল ইথার।
যেহেতু কেউ ইথার আবিষ্কার করেনি, এবং সেই সময়ে নিউটনের কর্তৃত্ব বিশাল ছিল, তাই হাইজেনসের তত্ত্ব প্রত্যাখ্যান করা হয়েছিল। যাইহোক, 1801 সালে, ইংরেজ থমাস ইয়ং নিম্নলিখিত পরীক্ষা পরিচালনা করেছিলেন: তিনি একে অপরের কাছাকাছি অবস্থিত দুটি সরু স্লিটের মধ্য দিয়ে একরঙা আলো পাস করেছিলেন। পাসিংসে আলোটা দেয়ালে প্রক্ষেপণ করল।
এই অভিজ্ঞতার ফলাফল কী ছিল? নিউটন যেমন বিশ্বাস করতেন আলো যদি কণা (কর্পাসকেল) হতো, তাহলে দেয়ালের চিত্রটি প্রতিটি স্লিট থেকে আসা দুটি উজ্জ্বল ব্যান্ড পরিষ্কারের সাথে মিলে যাবে। তবে, জং একটি সম্পূর্ণ ভিন্ন চিত্র পর্যবেক্ষণ করেছেন। দেয়ালে অন্ধকার এবং হালকা স্ট্রাইপগুলির একটি সিরিজ উপস্থিত হয়েছে, উভয় স্লিটের বাইরেও হালকা রেখা দেখা যাচ্ছে। বর্ণিত আলোর প্যাটার্নের একটি পরিকল্পিত উপস্থাপনা নীচের চিত্রে দেখানো হয়েছে৷
এই ছবিটি একটি জিনিস বলেছে: আলো একটি তরঙ্গ।
ডিফ্রাকশন ঘটনা
ইয়ং এর পরীক্ষায় আলোর প্যাটার্ন আলোর হস্তক্ষেপ এবং বিচ্ছুরণের ঘটনার সাথে যুক্ত। উভয় ঘটনাই একে অপরের থেকে আলাদা করা কঠিন, কারণ বেশ কয়েকটি পরীক্ষায় তাদের সম্মিলিত প্রভাব লক্ষ্য করা যায়।
আলোর বিচ্ছুরণ তরঙ্গের সামনের দিকে পরিবর্তন করে যখন এটি তার পথে একটি বাধার সম্মুখীন হয়, যার মাত্রা তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সাথে তুলনীয় বা কম। এই সংজ্ঞা থেকে এটা স্পষ্ট যে বিবর্তন শুধুমাত্র আলোর জন্যই নয়, অন্য যেকোনো তরঙ্গ যেমন শব্দ তরঙ্গ বা সমুদ্রের পৃষ্ঠের তরঙ্গের জন্যও বৈশিষ্ট্যযুক্ত।
এটিও স্পষ্ট যে কেন এই ঘটনাটি প্রকৃতিতে পর্যবেক্ষণ করা যায় না (আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য কয়েকশ ন্যানোমিটার, তাই যে কোনও ম্যাক্রোস্কোপিক বস্তু পরিষ্কার ছায়া ফেলে)।
Huygens-Fresnel নীতি
আলোর বিচ্ছুরণের ঘটনাটি নাম দেওয়া নীতি দ্বারা ব্যাখ্যা করা হয়েছে। এর সারমর্মটি নিম্নরূপ: একটি প্রচারকারী রেকটিলিনিয়ার সমতলতরঙ্গ সামনে গৌণ তরঙ্গ উত্তেজনা বাড়ে. এই তরঙ্গগুলি গোলাকার, কিন্তু মাধ্যমটি যদি একজাতীয় হয়, তবে একে অপরের উপর চাপিয়ে দেওয়া হলে, তারা মূল সমতল সামনে নিয়ে যাবে৷
যেকোন প্রতিবন্ধকতা দেখা দিলেই (উদাহরণস্বরূপ, জং-এর পরীক্ষায় দুটি ফাঁক), এটি গৌণ তরঙ্গের উৎস হয়ে ওঠে। যেহেতু এই উত্সগুলির সংখ্যা সীমিত এবং বাধার জ্যামিতিক বৈশিষ্ট্য দ্বারা নির্ধারিত হয় (দুটি পাতলা স্লটের ক্ষেত্রে, শুধুমাত্র দুটি গৌণ উত্স রয়েছে), ফলে তরঙ্গটি আর আসল সমতল সামনে তৈরি করবে না। পরবর্তীটি তার জ্যামিতি পরিবর্তন করবে (উদাহরণস্বরূপ, এটি একটি গোলাকার আকৃতি অর্জন করবে), তাছাড়া, এর বিভিন্ন অংশে আলোর তীব্রতার ম্যাক্সিমা এবং মিনিমা প্রদর্শিত হবে৷
Huygens-Fresnel নীতিটি দেখায় যে আলোর হস্তক্ষেপ এবং বিচ্ছুরণের ঘটনা অবিচ্ছেদ্য।
ডিফ্র্যাকশন পর্যবেক্ষণের জন্য কি কি শর্ত প্রয়োজন?
তাদের মধ্যে একটি ইতিমধ্যে উপরে উল্লেখ করা হয়েছে: এটি ছোট (তরঙ্গদৈর্ঘ্যের ক্রম অনুসারে) বাধাগুলির উপস্থিতি। যদি বাধাটি অপেক্ষাকৃত বড় জ্যামিতিক মাত্রার হয়, তবে বিবর্তন প্যাটার্নটি কেবল তার প্রান্তের কাছেই পরিলক্ষিত হবে।
আলোর বিচ্ছুরণের দ্বিতীয় গুরুত্বপূর্ণ শর্ত হল বিভিন্ন উৎস থেকে আসা তরঙ্গের সমন্বয়। এর মানে হল যে তাদের অবশ্যই একটি ধ্রুবক ফেজ পার্থক্য থাকতে হবে। শুধুমাত্র এই ক্ষেত্রে, হস্তক্ষেপের কারণে, একটি স্থিতিশীল ছবি পর্যবেক্ষণ করা সম্ভব হবে৷
উৎসগুলির সংহতি একটি সহজ উপায়ে অর্জন করা হয়, এটি এক বা একাধিক বাধার মধ্য দিয়ে একটি উত্স থেকে যে কোনও আলোর সামনে যেতে যথেষ্ট। এগুলো থেকে সেকেন্ডারি সোর্সবাধাগুলি ইতিমধ্যেই সুসঙ্গত হিসাবে কাজ করবে৷
মনে রাখবেন যে আলোর হস্তক্ষেপ এবং বিচ্ছুরণ পর্যবেক্ষণ করার জন্য, প্রাথমিক উত্সটি একরঙা হওয়া মোটেই প্রয়োজনীয় নয়। একটি ডিফ্র্যাকশন গ্রেটিং বিবেচনা করার সময় এটি নীচে আলোচনা করা হবে৷
ফ্রেসনেল এবং ফ্রাউনহফার বিবর্তন
সরল ভাষায়, ফ্রেসনেল ডিফ্র্যাকশন হল স্লিটের কাছাকাছি অবস্থিত একটি স্ক্রিনে প্যাটার্নের পরীক্ষা। অন্যদিকে, ফ্রাউনহফার ডিফ্র্যাকশন একটি প্যাটার্ন বিবেচনা করে যা স্লিটের প্রস্থের চেয়ে অনেক বেশি দূরত্বে প্রাপ্ত হয়, উপরন্তু, এটি অনুমান করে যে স্লিটের উপর তরঙ্গের ঘটনাটি সমতল।
এই দুটি ধরণের বিচ্ছুরণ আলাদা করা হয়েছে কারণ তাদের মধ্যে নিদর্শনগুলি আলাদা। এটি বিবেচনাধীন ঘটনার জটিলতার কারণে। আসল বিষয়টি হ'ল বিচ্ছুরণ সমস্যার সঠিক সমাধান পেতে, ম্যাক্সওয়েলের তড়িৎ চৌম্বকীয় তরঙ্গের তত্ত্ব ব্যবহার করা প্রয়োজন। Huygens-Fresnel নীতি, আগে উল্লিখিত, কার্যত ব্যবহারযোগ্য ফলাফল পাওয়ার জন্য একটি ভাল অনুমান।
নিচের চিত্রটি দেখায় যে স্ক্রীনটি স্লিট থেকে দূরে সরে গেলে বিচ্ছুরণের প্যাটার্নের চিত্রটি কীভাবে পরিবর্তিত হয়৷
চিত্রে, লাল তীরটি স্লিটের দিকে স্ক্রিনের দৃষ্টিভঙ্গির দিকটি দেখায়, অর্থাৎ, উপরের চিত্রটি ফ্রাউনহফারের বিচ্ছুরণের সাথে এবং নীচেরটি ফ্রেসনেলের সাথে মিলে যায়। আপনি দেখতে পাচ্ছেন, পর্দা যতই স্লিটের কাছে আসে, ছবিটা আরও জটিল হয়ে ওঠে।
আরও নিবন্ধে আমরা কেবল ফ্রাউনহফার বিবর্তন বিবেচনা করব।
একটি পাতলা চেরা দ্বারা বিচ্ছুরণ (সূত্র)
উপরে উল্লিখিত হিসাবে,বিবর্তন প্যাটার্ন বাধার জ্যামিতির উপর নির্ভর করে। প্রস্থ a এর একটি পাতলা স্লিটের ক্ষেত্রে, যা তরঙ্গদৈর্ঘ্য λ এর একরঙা আলো দ্বারা আলোকিত হয়, সমতার সাথে সংশ্লিষ্ট কোণগুলির জন্য মিনিমা (ছায়া) অবস্থানগুলি লক্ষ্য করা যেতে পারে
sin(θ)=m × λ/a, যেখানে m=±1, 2, 3…
এখানে কোণ থিটা স্লট এবং পর্দার কেন্দ্রের সাথে সংযোগকারী লম্ব থেকে পরিমাপ করা হয়। এই সূত্রটির জন্য ধন্যবাদ, স্ক্রিনে তরঙ্গের সম্পূর্ণ স্যাঁতসেঁতে কোন কোণে ঘটবে তা গণনা করা সম্ভব। তাছাড়া, বিচ্ছুরণের ক্রম নির্ণয় করা সম্ভব, অর্থাৎ সংখ্যাটি m.
যেহেতু আমরা Fraunhofer ডিফ্র্যাকশনের কথা বলছি, তারপর L>>a, যেখানে L হল স্লিট থেকে স্ক্রিনের দূরত্ব। শেষ অসমতা আপনাকে L দূরত্বের y স্থানাঙ্কের একটি সরল অনুপাতের সাথে একটি কোণের সাইন প্রতিস্থাপন করতে দেয়, যা নিম্নলিখিত সূত্রের দিকে নিয়ে যায়:
ym=m×λ×L/a.
এখানে ym হল স্ক্রিনে ন্যূনতম অর্ডার m-এর অবস্থান স্থানাঙ্ক।
স্লিট ডিফ্র্যাকশন (বিশ্লেষণ)
পূর্ববর্তী অনুচ্ছেদে প্রদত্ত সূত্রগুলি আমাদের তরঙ্গদৈর্ঘ্য λ বা চেরা প্রস্থ a পরিবর্তনের সাথে বিচ্ছুরণ প্যাটার্নের পরিবর্তনগুলি বিশ্লেষণ করতে দেয়। এইভাবে, a-এর মান বৃদ্ধির ফলে প্রথম-ক্রম ন্যূনতম y1 এর স্থানাঙ্কের হ্রাস ঘটবে, অর্থাৎ আলো একটি সংকীর্ণ কেন্দ্রীয় সর্বোচ্চে ঘনীভূত হবে। স্লিটের প্রস্থ হ্রাসের ফলে কেন্দ্রীয় সর্বাধিক প্রসারিত হবে, অর্থাৎ, এটি ঝাপসা হয়ে যাবে। এই পরিস্থিতি নীচের চিত্রে চিত্রিত হয়েছে৷
তরঙ্গদৈর্ঘ্য পরিবর্তন করলে বিপরীত প্রভাব পড়ে। λ এর বড় মানছবি ঝাপসা হয়ে যায়। এর মানে হল যে দীর্ঘ তরঙ্গগুলি ছোট তরঙ্গগুলির চেয়ে ভাল বিচ্ছুরিত হয়। অপটিক্যাল ইন্সট্রুমেন্টের রেজোলিউশন নির্ধারণে পরেরটির মৌলিক গুরুত্ব রয়েছে।
অপটিক্যাল যন্ত্রের বিচ্ছুরণ এবং রেজোলিউশন
আলোর বিচ্ছুরণের পর্যবেক্ষণ হল টেলিস্কোপ, মাইক্রোস্কোপ, এমনকি মানুষের চোখের মতো কোনো অপটিক্যাল যন্ত্রের রেজুলেশনের সীমাবদ্ধতা। এই ডিভাইসগুলির ক্ষেত্রে, তারা একটি চেরা দ্বারা নয়, একটি বৃত্তাকার গর্ত দ্বারা বিবর্তন বিবেচনা করে। যাইহোক, আগে করা সমস্ত সিদ্ধান্তই সত্য।
উদাহরণস্বরূপ, আমরা দুটি আলোকিত তারা বিবেচনা করব যেগুলি আমাদের গ্রহ থেকে অনেক দূরত্বে রয়েছে। যে ছিদ্র দিয়ে আলো আমাদের চোখে প্রবেশ করে তাকে পিউপিল বলে। রেটিনার দুটি তারা থেকে, দুটি বিচ্ছুরণ প্যাটার্ন তৈরি হয়, যার প্রতিটির একটি কেন্দ্রীয় সর্বোচ্চ রয়েছে। যদি তারা থেকে আলো একটি নির্দিষ্ট জটিল কোণে পুতুলে পড়ে, তাহলে উভয় ম্যাক্সিমা এক হয়ে যাবে। এই ক্ষেত্রে, একজন ব্যক্তি একটি একক তারকা দেখতে পাবেন৷
রেজোলিউশনের মাপকাঠি লর্ড জে ডব্লিউ রেইলি দ্বারা সেট করা হয়েছিল, তাই এটি বর্তমানে তার উপাধি বহন করে। সংশ্লিষ্ট গাণিতিক সূত্রটি এইরকম দেখাচ্ছে:
sin(θc)=1, 22×λ/D.
এখানে D হল একটি গোলাকার গর্তের ব্যাস (লেন্স, পিউপিল ইত্যাদি)।
এইভাবে, লেন্সের ব্যাস বাড়িয়ে বা দৈর্ঘ্য কমিয়ে রেজোলিউশন বাড়ানো যেতে পারে (কমান θc)তরঙ্গ প্রথম রূপটি টেলিস্কোপে প্রয়োগ করা হয়েছে যা মানুষের চোখের তুলনায় θc কে কয়েকগুণ কমিয়ে আনা সম্ভব করে। দ্বিতীয় বিকল্প, অর্থাৎ, λ কমানো, ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপগুলিতে প্রয়োগ খুঁজে পায়, যার অনুরূপ আলোক যন্ত্রের তুলনায় 100,000 গুণ বেশি রেজোলিউশন রয়েছে৷
ডিফ্রাকশন গ্রেটিং
এটি একে অপরের থেকে d দূরত্বে অবস্থিত পাতলা স্লটের একটি সংগ্রহ। যদি তরঙ্গের সম্মুখভাগ সমতল হয় এবং এই ঝাঁঝরির সমান্তরালে পড়ে, তাহলে পর্দায় ম্যাক্সিমার অবস্থান
অভিব্যক্তি দ্বারা বর্ণিত হয়
sin(θ)=m×λ/d, যেখানে m=0, ±1, 2, 3…
সূত্রটি দেখায় যে শূন্য-ক্রম সর্বাধিক কেন্দ্রে ঘটে, বাকিগুলি কিছু কোণে অবস্থিত θ।
যেহেতু সূত্রটিতে θ এর তরঙ্গদৈর্ঘ্য λ এর উপর নির্ভরশীলতা রয়েছে, এর মানে হল যে ডিফ্র্যাকশন গ্রেটিং আলোকে প্রিজমের মতো রঙে পরিণত করতে পারে। এই সত্যটি বিভিন্ন আলোকিত বস্তুর বর্ণালী বিশ্লেষণ করতে স্পেকট্রোস্কোপিতে ব্যবহৃত হয়।
সম্ভবত আলোর বিচ্ছুরণের সবচেয়ে বিখ্যাত উদাহরণ হল একটি ডিভিডিতে রঙের শেডের পর্যবেক্ষণ। এটির খাঁজগুলি হল একটি বিচ্ছুরণ ঝাঁঝরি, যা আলোকে প্রতিফলিত করে এটিকে বিভিন্ন রঙে পরিণত করে।
