แสงเชิงคลื่น

ส่อื ประกอบการสอนรายวชิ า ฟสกิ ส หลกั สตู รแกนกลางการศกึ ษา
ขั้นพน้ื ฐาน พุทธศกั ราช 2551 (ฉบบั ปรบั ปรงุ 2560)



1. แนวคดิ เกย่ี วกับแสงเชงิ คลน่ื

แสง (Light) เปนคลื่นแมเหล็กไฟฟา ความยาวคลื่น
อยูในชวงประมาณ 400 – 700 นาโนเมตร ซึ่งตามนุษย
สามารถมองเห็นได มีอัตราเร็วเทากันกับคลื่นแมเหล็กไฟฟา
ทั่วไปคือ 3 108 เมตรตอวินาที และมีการแสดงพฤติกรรม
การแทรกสอดและการเลยี้ วเบนเชนเดียวกบั คล่ืนกล

1. แนวคิดเกย่ี วกับแสงเชงิ คลนื่

700 nm 600 nm 500 nm 400 nm

แสงทต่ี ามองเหน็

คลน่ื วทิ ยุ คล่นื ไมโครเวฟ อนิ ฟาเรด อัลตราไวโอเลต รงั สเี อก็ ซ แกมมา

ยาว ความยาวคล่นื (เมตร) สัน้

102 11 1 10−1 10−2 10−310−410−510−6 10−710−810−9 10−1010−1110−1210−13

2. การแทรกสอดของแสงผา นสลิตคู

สลติ เด่ยี ว สลติ คู

สลติ เดี่ยวมชี องเปด 1 ชอ ง สลิตคมู ชี อ งเปด 2 ชอง

2. การแทรกสอดของแสงผา นสลิตคู

การแทรกสอดของแสง ตามการทดลองของ ธอมัส ยัง
พิจารณาวา เมื่อแสงผานสลิตคู ชองของสลิตจะเหมือน
แหลงกำเนิดอาพันธ ทำใหเกิดการแทรกสอดของแสง มีแถบ
มดื (ซอนทับแบบหักลาง) และแถบสวา ง (ซอ นทับแบบเสริม)

การแทรกสอดของแสงสเี ดยี วผา นสลติ คู 100 ไมโครเมตร
ความกวางของแถบสวา งแสงเลเซอรส แี ดง > เลเซอรสเี ขยี ว

2. การแทรกสอดของแสงผา นสลิตคู

แถบมืด แถบมดื แถบมดื
แถบสวา ง
แถบสวาง แถบสวาง แถบมดื
S1 แถบสวา ง แถบมดื
S1 S2 แถบมดื แถบสวา ง แถบมดื
แถบสวา ง
แถบมดื

แถบสวา ง

แถบมดื

2. การแทรกสอดของแสงผา นสลิตคู

S1 Q แถบสวา งอนั ดับท่ี 2 (n=2)

d แถบสวางอนั ดบั ท่ี 1 (n=1)

O แถบสวางกลาง (n=0)

แถบมืดอนั ดับท่ี 1 (n=1)

S2 แถบมดื อันดบั ท่ี 2 (n=2)

P

ภาพแสดงเฉพาะทางเดนิ ของคลน่ื จากแหลงกำเนดิ ไปยงั ตำแหนงตาง ๆ

2. การแทรกสอดของแสงผา นสลิตคู

S1 ระยะทางจากแหลง กำเนิด ( r)
จากแหลง กำเนดิ คล่นื ท้ังสองจดุ
d Q ไปยังจดุ ใด ๆ หาไดจาก

S2 rQ = S1Q S2Q
O rO = S1O S2O

rP = S1P S2P

P 2
ความตางเฟส ( ) r 

2. การแทรกสอดของแสงผานสลติ คู

เมื่อคลื่นสองขบวนเคลื่อนที่โดยมีความตางระยะทางเปนศูนยหรือจำนวนเต็มเทา
ของความยาวคล่ืน หรอื มคี วามตางเฟสเปนศนู ยห รือจำนวนเตม็ เทา ของ 2

( r) = n
= n(2 )

เม่อื n เปนจำนวนเตม็ บวก เรยี กวา คลื่นทง้ั สองมีเฟสตรงกัน (in phase)

2. การแทรกสอดของแสงผา นสลิตคู

เมื่อคลื่นสองขบวนเคลื่อนที่โดยมีความตางระยะทางเปนจำนวนครึ่งเทาของ
ความยาวคล่นื หรอื มคี วามตา งเฟสเปนจำนวนคเี่ ทา ของ

( r) = m2 
=m

เม่ือ m เปนจำนวนคบี่ วก เรียกวา คลน่ื ทั้งสองมีเฟสตรงขา มกนั (out of phase)

2. การแทรกสอดของแสงผานสลิตคู

กรณแี หลง กำเนดิ คลน่ื แสงอาพันธเฟสตรงกนั แบบจดุ
จุดทุกจุดบนเสนปฏิบัพ แสงจะแทรกสอดแบบเสริม บนฉากจะเกิด
แถบสวา ง ความตา งของระยะทาง ( r) หาไดจาก

S1 P ( r) = S1P S2P = n
x หรอื dsin = n
d
L หรือ dLx = n
S2
เม่ือ n = 0,1,2,3,...

2. การแทรกสอดของแสงผานสลิตคู

จุดทุกจุดบนเสนบัพ แสงจะแทรกสอดแบบหักลาง บนฉากจะเกิด

แถบมดื ( r) = S1P S2P = n − 1 
2
S1
P 1
x หรอื dsin = n − 2 

d L หรือ dLx = n − 1 
2
S2
เมือ่ n = 1,2,3,...

3. การเลี้ยวเบนของแสงผา นสลติ เดยี่ ว

เมื่อฉายแสงผานสลิตเดี่ยว แสงจะเลี้ยวเบนผานชองแคบไป
แทรกสอดกัน เกิดแถบมืดและแถบสวางบนฉาก ยิ่งชองแคบมากยิ่งเกิด
การเลี้ยวเบนดีมาก แถบสวางดานขางทั้งสองจะมีความสวางลดลง
ตามลำดับ ดงั รปู

50 ไมโครเมตร 100 ไมโครเมตร 200 ไมโครเมตร

แถบสวา งและแถบมดื จากสลติ เดยี่ วทีม่ คี วามกวา งขนาดตา ง ๆ

3. การเลีย้ วเบนของแสงผานสลติ เดยี่ ว

ตำแหนงที่เปนแถบมืด พจิ ารณาโดยการแบงชองสลิตออกเปนสวน ๆ แลวใช
หลกั การฮอยเกนสก ำหนดจุดบนหนา คล่นื ทผี่ า นสลิตแตล ะสวนเปน แหลงกำเนิด
คลน่ื แบบจุดทีจ่ บั คูกันแลว หกั ลางกนั ซึ่งทำใหไ ดค วามสมั พนั ธ

asin n = n

โดยที่ a คือ ความกวางของสลิตเดีย่ ว
คอื ความยาวคลื่นแสง
n คือ มุมของตำแหนง ทเี่ กิดแถบมดื อนั ดบั ท่ี n บนฉาก

3. การเลีย้ วเบนของแสงผา นสลติ เดย่ี ว

S1 P
x
d
L
S2

ในกรณีท่ีสลติ อยูหา งจากฉากมาก ๆ และคา มุม < 10° จะทำให

sin tan = x
L

3. การเล้ยี วเบนของแสงผา นสลติ เดยี่ ว

ในการหาแถบสวางและแถบมดื ของสลติ คู ใชความสมั พันธ

แถบสวา ง dLx = n เมอ่ื n = 0,1,2,...

แถบมืด dLx = n− 1  เม่อื n = 1,2,3,...
2

ในการหาแถบมดื ของสลิตเดย่ี ว ใชค วามสมั พันธ

aLx = n เม่อื n = 1,2,3,...

3. การเลี้ยวเบนของแสงผา นสลติ เดยี่ ว

ความเขม แสงสมั พัทธ เมื่อแสงผานสลิตคูที่มีความกวาง
ของชอ งมากกวาความยาวคลื่น แสงจะเกิด
1.4 การเลี้ยวเบนทำใหเกิดแถบสวางกลาง
1.2 a = 5 กวางและสวางมากกวาแถบสวางดานขาง
1.0 ที่มีความสวางลดลงตามลำดับ แตใน
0.8 แถบสวางแตละแถบเกิดริ้วของแถบมืด
ทีเ่ กิดจากการแทรกสอดอยภู ายใน
0.6

0.4
0.2

20 15 10 5 0 5 10 15 20

กราฟแสดงความเขมแสงของแถบสวา งที่ปรากฏบนฉาก

3. การเล้ียวเบนของแสงผา นสลติ เดย่ี ว

ตัวอยาง แสงความยาวคลื่น 600 นาโนเมตร ตกกระทบชองสลิต

เด่ียวท่ีมคี วามกวาง 1.5 ไมโครเมตร จงหามุมที่แถบมืดอันดบั ที่หน่ึง

ทำกบั แนวเสนกลาง

วิธีทำ จาก a sin n = n

จะได sin 1 n
sin 1 a
(1)600×10−9
1.5×10−6
sin 1 0.4
1 = 24°
ตอบ แถบมดื อันดบั ทีห่ นึ่งทำกบั เสนตรงแนวกลางเทา กบั 24 องศา

4. การเล้ยี วเบนของแสงผานเกรตตงิ

เกรตติง เ ก ร ต ต ิ ง ( Grating) เ ป  น
อุปกรณทางแสงที่มีลักณะเปน
แผนโลหะหรือแผนแกว มีชอง
เล็ก ๆ หลายชอง และระยะหาง
ของแตละชองมีคาเทากัน ระยะหาง
ระหวางชองของเกรตติง (d) หาได
จาก

d ความกวางของเกรตตงิ
จำนวนเสน ของเกรตตงิ

4. การเล้ยี วเบนของแสงผานเกรตติง

เกรตตงิ เกรตตงิ พจิ ารณาเฉพาะแถบสวาง
ตำแหนงของแถบสวางอันดับ
ตาง ๆ หาไดจ าก

dsin n = n

เมอ่ื n = 0,1,2,3,...

โดย d คือ ระยะหา งระหวา งชองในเกรตตงิ

ความตา งของระยะทางของแหลง กำเนิดแสงคูหนง่ึ ถึงฉาก

4. การเล้ยี วเบนของแสงผา นเกรตติง

เมื่อแสงสีขาวผานเกรตติง จะเลี้ยวเบนทำใหแสง
แตละสีแยกออกจากกันตามความยาวคลื่นแสง เรียกวา
สเปกตรัม (Spectrum)

แสงสขี าว

4. การเลย้ี วเบนของแสงผานเกรตติง

ตารางแสดงความยาวคล่ืนของแสงสตี า ง ๆ

มว ง 390-425
น้ําเงนิ 425-500
เขียว 500-575
เหลอื ง 575-585
แสด 585-620
แดง 620-740

4. การเลยี้ วเบนของแสงผานเกรตติง

ตัวอยาง เกรตติงอันหนึ่งมีจำนวนชอง 10,000 เสนตอเซนติเมตร

เมื่อใชทดลองเพื่อหาความยาวคลื่นของแสงสีหนึ่ง พบวาแถบสวาง
อันดับที่หนึ่งทั้งสองขางของแถบสวางกลางทำมุม 30° เทียบกับ
เสน แนวกลาง จงหาวาความยาวคล่นื ของแสงนม้ี ีคาเปน ก่ีนาโนเมตร

วธิ ที ำ หาระยะหางระหวา งชอ งจาก d ความกวางของเกรตตงิ
จำนวนเสนของเกรตตงิ
1 cm 10−6 m
จะได d 10,000 = 0.0001 cm = 1

4. การเล้ยี วเบนของแสงผานเกรตติง

(ตอ)

หาความยาวของคล่นื แสงจาก dsin n = n

จะได  = dsin n
n
(1×10−6)sin(30°)
 = 1

 = 0.5 10−6 m
 = 500 nm#

4. การเลี้ยวเบนของแสงผา นเกรตตงิ

ตัวอยา งปรากฏการณท ่เี กดิ จากการเลีย้ วเบนและแทรกสอดของแสง

เนอื่ งจากแผนซีดีมีลักษณะ
เปนชองเล็ก ๆ จำนวนมาก เมื่อ
แสงไปกระทบจะสะทอนแสงเกิด
ความตางของระยะทางคาตาง ๆ
ทำใหเกิดการแสงสอดแบบเสริม
ของแสงสีตาง ๆ บนแผนซีดีจึง
ปรากฏเปนสีตาง ๆ เชนเดียวกับ
เกรตติง