Golf- en deeltjesgedrag van licht
In deze les zie je dat licht soms als golf en soms als deeltje gedraagt. Dat is belangrijk voor het examen, want diffractie, interferentie en de kansverdeling van fotonen komen er telkens terug.
Licht gedraagt zich soms als golf en soms als deeltje. Welk gedrag je ziet, hangt af van het experiment.
Golfgedrag: diffractie en interferentie
Bij een enkele spleet buigt licht af. Dat heet diffractie. Hoe smaller de spleet ten opzichte van de golflengte, hoe sterker het licht afbuigt.
Bij een dubbele spleet komen twee golven samen. Waar ze elkaar versterken ontstaat een maximum. Waar ze elkaar uitdoven ontstaat een minimum. Dat heet constructieve en destructieve interferentie.
Bij een tralie met tralieconstante d gelden maxima onder hoeken α waarvoor geldt d sin α = nλ. Hoe kleiner d, hoe groter de afbuigingshoek.
Deeltjesgedrag: fotonen en kansen
Bij lage intensiteit komt elk foton als een los deeltje aan op één plek. Je ziet dan nooit een half foton. Na heel veel fotonen ontstaat wel een interferentiepatroon.
Het patroon is een waarschijnlijkheidsverdeling. Op plekken met een maximum is de kans om een foton te detecteren groot. Op plekken met een minimum is die kans klein.
Het foton interfereert dus met zichzelf. Zodra je weet door welke spleet het foton gaat, verdwijnt het interferentiepatroon.
Onthoud
Diffractie is het afbuigen van golven bij een spleet.
Bij een dubbele spleet of tralie ontstaan maxima en minima door interferentie.
Een foton komt altijd op één plek aan, het patroon ontstaat pas na veel fotonen.
Het interferentiepatroon is een kansverdeling voor de plek van de fotonen.
Weet je welke spleet een foton nam, dan verdwijnt het patroon.
Voorbeeld uit een echt examen
ex2
Welk tralie geeft de grootste afbuighoek van het eerste-orde-spectrum, zodat de afbeelding op de chip het grootst is?
- 1
Een tralie met 200 lijnen per millimeter heeft d = 1 / 200 mm = 0,0050 mm.
Veelgemaakte fouten
Vergeet niet dat meer lijnen per millimeter een kleinere d geeft, en reken niet met het aantal lijnen als d.
Denk niet dat een dubbele spleet alleen twee lichte banden geeft, maar reken met het weglengteverschil om maxima en minima te bepalen.
Beschouw de kansverdeling niet als een golfbeeld op de chip, maar als de kans dat één foton op een plek aankomt.
Snel checken
Een dubbelspleet-experiment wordt met heel weinig licht uitgevoerd. Wat zie je na heel veel fotonen op het scherm?
Een tralie krijgt meer lijnen per millimeter. Wat gebeurt er met de afbuighoek α van het eerste-orde-maximum voor dezelfde kleur licht?