Дифракция света – это совокупность явлений, заключающиеся в перераспределении светового потока при прохождении световой волны в средах с резкими неоднородностями. В узком смысле дифракция – это огибание волнами препятствие. Присутствие дифракции приводит к нарушению законов геометрии оптики, в частности – законов прямолинейного преломления.

Между дифракцией и интерференцией нет разницы, т. к. оба явления приводят к распределению световой волны. Различают дифракцию Фраунгофера и дифракцию Френеля.

Дифракция Фраунгофера – дифракция параллельных лучей. Наблюдается когда экран или точка наблюдения расположены далеко от препятствия, на котором наблюдается дифракция.

Дифракция Френеля – это дифракция сходящихся лучей. Наблюдается на близком расстоянии от препятствия.

Качественно явление дифракции объясняется принципом Гюйгенса: каждая точка фронта волны становит источником вторичных сферических волн, и фронт новой волны является огибающей этих вторичны волн. Принцип Гюйгенса качественно объяснял дифракцию, но не давал информацию об интенсивности дифрагированной волны в разных направлениях.

Френель дополнил принцип Гюйгенса идеей о когерентности и интерференция этих вторичных волн, что дало вторичным рассчитывать интенсивность волны разных направлений.

Принцип Гюйгенса-Френеля: каждая точка фронта волны становится источником когерентных вторичных сферических волн и новых фронт волны образуется в результате интерференции этих волн.

Метод зон Френеля. Френель показал, что в случаях, отличающихся симметрией волнового фронта или волновой поверхности их можно разбить на особые зоны, соседние из которых действуют противофазе в какой-либо точке пространства заменить алгебраическим сложением амплитуд, создаваемых в этой точке пространства данными законами. Рассмотрим построение для случая сферического фронта или волновой поверхности (такой фронт даёт точечный источник света).

Френель предложил разбивать эту поверхность на зоны, расстояние от границ которых до точки наблюдения различаются на λ/2. Соседние зоны действуют в противофазе, т. е. амплитуды, создаваемые ими в точке наблюдения вычитаются. Найдём радиусы QUOTE и площади QUOTE кольцевых зон Френеля для случая сферической волновой поверхности.

Из прямоугольных треугольников получим QUOTE Для небольших m — QUOTE .

Из геометрии известно, что площадь сферического сегмента QUOTE => QUOTE , т. е. не зависти от номера m => площади таких зон одинаковы.

Из рисунка QUOTE . Несмотря на то, что площадки зон Френеля в данном случае равны, амплитуда, создаваемая в каждой зоне в точке наблюдения уменьшается с ростом m, т. е. QUOTE . Это связано с тем, что амплитуда для каждой зоны зависит от угла α между нормалью к этой зоне и направлением от этой зоны в точке наблюдения.

Приближенно считают, что A= QUOTE , т. к. считается, что амплитуда для какой-нибудь зоны является средней между двумя соседними зонами, т. е. QUOTE .

Т. к. QUOTE .

Векторная диаграмма зон Френеля. Зонные пластинки. Дифракция Френеля на простейших преградах.

Рассмотрим векторную диаграмму зон Френеля. Она представляет собой спираль, а результирующий вектор А представляет собой вектор, соединяющих начало и конец.

Если на пути сферической волны от точечного источника поставить прозрачную преграду, которая закрывала бы любые чётные, либо все нечётные зоны Френеля, то интенсивность в точке наблюдения очень усилилась.

Такие пластины называются амплитудными зонами пластины. Если же прозрачные пластинки меняют фазу на Пи всех чётных или нечётных зон Френеля, то амплитуда и интенсивность света в точке наблюдения возрастёт в ещё большей степени, т. к. в этом случае

Также пластины называются фазовыми знаками пластинки. Зонные пластинки действуют подобно собирающим линзам, т. к. позволяют сформулировать и увеличить интенсивность точки.

Дифракция на круговом отверстии.

В центре дифракционной картины (в Р) будет наблюдаться тёмное пятно (минимум I), если в отверстии укладывается чётное число зон Френеля. Максимум наблюдается (светлое пятно), если в отверстии укладывается нечётное число зон.

Пусть n –чётное число, тогда QUOTE

Если n=2, то QUOTE – мало.

Пусть n – нечётное, тогда QUOTE .

Если n=2, то QUOTE – большое.

Дифракция на круговом диске.

Особенностью дифракции сферических волн от точечного источника на непрозрачном диске является присутствие в центре геометрической тени светлого пятна (пятна Пуассона).

Амплитуда в данной точке определяется первой открытой зоной Френеля. Пусть m-число зон Френеля, тогда A= QUOTE

Дифракция от прямолинейного края полуплоскости. Спираль Корню.

Рассмотрим плоскую световую волну, падающую нормально на бесконечную полуплоскость.

Разобьём волновую поверхность на зоны в виде бесконечно узких полосок так, чтобы границы зон отличались на одинаковую оптическую разность хода ∆.

Из рисунка QUOTE . => площади зон уменьшаются с ростом m как и QUOTE . Это значит, что амплитуда вначале изменяется резко, и такому поведению соответствует векторная диаграмма для открытых зон в виде:

Для анализа дифракции на полуплоскости используется двойная спираль (Корню).

Пример использования спирали Корню для нахождения результирующей амплитуды светового вектора А в точке наблюдения P на границе.

Зависимость интенсивности вдоль экрана будет иметь вид.

Отзывов нет

No comments yet.

RSS-лента комментариев.

К сожалению, по вашему запросу ничего не найдено.