Interferents, difraktsioon ja superpositsiooni põhimõte

Interferents toimub siis, kui lained omavahel interakteeruvad, difraktsioon aga siis, kui laine läbib ava. Neid koostoimeid juhib superpositsiooni põhimõte. Interferents, difraktsioon ja superpositsiooni põhimõte on olulised mõisted lainete mitme rakenduse mõistmiseks.

Kui kaks lainet interakteeruvad, ütleb superpositsiooni põhimõte, et tulemuseks on lainefunktsioon on kahe üksiku lainefunktsiooni summa. Seda nähtust kirjeldatakse üldiselt järgmiselt sekkumine.

Mõelge juhtumile, kus vesi tilgub veevanni. Kui vett tabab üks tilk, tekitab see üle vee ümmarguse lainetuse. Kui aga hakkaksite mõnel muul hetkel vett tilkuma, siis see juhtuks ka hakata sarnaseid laineid tegema. Kohtades, kus need lained kattuvad, oleks tulemuseks olev laine kahe varasema laine summa.

See kehtib ainult olukordades, kus lainefunktsioon on lineaarne, st see sõltub sellest x ja t ainult esimesse vägi. Mõned olukorrad, näiteks mittelineaarne elastne käitumine, mis ei allu Hooke'i seadus

See võib olla ilmne, kuid tõenäoliselt on hea ka selgeks teha, et see põhimõte hõlmab sarnaseid laineid. Ilmselt ei häiri veelained elektromagnetilisi laineid. Isegi sarnaste tüüpi lainete hulgas piirdub efekt praktiliselt (või täpselt) sama lainepikkusega lainetega. Enamik häiretega seotud katseid tagab, et lained on selles osas identsed.

Parempoolsel pildil on kaks lainet ja nende all on see, kuidas need kaks lainet on ühendatud, et näidata häireid.

Kui koorikud kattuvad, saavutab superpositsiooni laine maksimaalse kõrguse. See kõrgus on nende amplituudide summa (või kahekordne nende amplituud, juhul kui alglainetel on võrdne amplituud). Sama juhtub siis, kui künnid kattuvad, moodustades tulemuseks oleva küna, mis on negatiivsete amplituudide summa. Seda tüüpi häireid nimetatakse konstruktiivne sekkumine sest see suurendab üldist amplituuti. Veel ühte animeerimata näidet saab näha, kui klõpsate pildil ja liigute teisele pildile.

Kui laine hari kattub mõne teise laine harjaga, tühistavad lained üksteist mingil määral. Kui lained on sümmeetrilised (s.o sama lainefunktsioon, kuid nihutatud faasi või poole lainepikkuse võrra), tühistavad nad üksteise täielikult. Seda tüüpi häireid nimetatakse hävitav sekkumine ja seda saab vaadata paremal asuvas graafikas või klõpsates sellel pildil ja liikudes edasi teisele kujutisele.

Varasemal juhul, kui veevannis on virvendamine, näeksite seetõttu mõnda punkti, kus häirelained on suuremad kui üksikud lained ja mõned punktid, kus lained tühistavad mõlemad muud välja.

Sekkumise erijuhtu nimetatakse difraktsioon ja toimub siis, kui laine lööb mõne ava või serva barjääri. Takistuse servas katkestatakse laine ja see tekitab häireid lainefrontide ülejäänud osaga. Kuna peaaegu kõigi optiliste nähtuste puhul on tegemist valgusega, mis läbib mingisugust ava - olgu see siis silm, andur, a teleskoop või mis iganes - difraktsioon toimub peaaegu kõigis, ehkki enamikul juhtudel on efekt selline ebaoluline. Difraktsioon loob tavaliselt "häguse" serva, kuigi mõnel juhul (näiteks Youngi topeltpilu katse, mida kirjeldatakse allpool) võib difraktsioon põhjustada huvipakkuvaid nähtusi iseenesest.

Sekkumine on intrigeeriv mõiste ja sellel on mõned tähelepanuväärsed tagajärjed, eriti valguse piirkonnas, kus sellist sekkumist on suhteliselt lihtne jälgida.

Sisse Thomas Youngi topeltpilu eksperimentnäiteks valguse "laine" difraktsioonist tulenevad häiremustrid muudavad selle ühtlase valguse särama ja jagage see heledate ja tumedate ribade seeriaks, saates selle läbi kahe pilu, mis pole kindlasti see, mida võiks oodata. Veel üllatavam on see, et selle katse läbiviimine osakeste, näiteks elektronidega, annab sarnased lainetaolised omadused. Igasugune laine näitab seda käitumist koos korraliku seadistusega.

Võib-olla on kõige põnevam häirete rakendamine luua hologrammid. Selleks peegeldatakse objektilt koherentset valgusallikat, näiteks laserit, spetsiaalsele kilele. Peegeldunud valguse tekitatud häiremustrid annavad tulemuseks holograafilise pildi, mida saab vaadata siis, kui see on jälle õigesse valgustusse paigutatud.