Зміст
1.Явище дифракція
2.Дифракція на щілині
3.Дифракційнаграти
4.Принцип Гюйгенса- Френеля
5.Метод зон Френеля
6.ДифракціяФраунгофера однієї щілини
Список літератури
1. Явище дифракції
Дифракція хвиль полягає в огибанием хвилямиперешкод або у відхиленні хвиль в область геометричної тіні при проходженнічерез отвори за умови, що лінійні розміри цих перешкод порядку абоменше довжини хвилі. Тип хвиль не має значення: дифракція спостерігається і длязвуку, і для світу, і для будь-яких інших хвильових процесів.
Спостереження дифракціїсвітлових хвиль можливо тільки тоді, коли розміри перешкод будуть порядка 10 -6 -10 -7 м (для видимогосвітла). Коли розміри щілини порівнюються по порядку з довжиною хвилі, щілинастає джерелом вторинних сферичних хвиль, інтерференція яких івизначає картину розподілу інтенсивності за щілиною. Зокрема, світлопроникає в геометрично недоступну область. Таким чином, у видимій областіспектру спостерігати дифракцію нелегко. Для електромагнітних хвиль в іншихдіапазонах дифракція спостерігається повсякденно, скрізь і всюди, так як, якщо бне це явище, ми не змогли б, наприклад, слухати радіо в закритих приміщеннях.
Згідно загальноприйнятійвизначенню, Дифракція світла, явища, що спостерігаються при поширенні світлаповз різких країв непрозорих або прозорих тіл, крізь вузькі отвори. Прицьому відбувається порушення прямолінійності поширення світла, тобтовідхилення від законів геометричної оптики. Внаслідок дифракція світла приосвітленні непрозорих екранів точковим джерелом світла на кордоні тіні, де,згідно із законами геометричної оптики, мав би відбуватисястрибкоподібний перехід від тіні до світла, спостерігається ряд світлих і темнихдифракційних смуг. Оскільки дифракція властива всякому хвильовомуруху, відкриття дифракції світла в 17 в. італійським фізиком і астрономом Ф.Грімальді і її пояснення на початку 19 ст. французьким фізиком О. Френеляз'явилися одним з основних доказів хвильової природи світла. Наближенатеорія дифракція світла заснована на застосуванні Гюйгенса - Френеля принципу. Дляякісного розгляду найпростіших випадків дифракція світла може бутизастосоване побудова зон Френеля. При проходженні світла від точкового джерелачерез невеликий круглий отвір в непрозорому екрані або навколо круглогонепрозорого екрану спостерігаються дифракційні смуги у вигляді концентричнихокружностей. Якщо отвір залишає відкритим парне число зон, то в центрідифракційної картини виходить темне плямочка, при непарному числі зон -світле. У центрі тіні від круглого екрану, який закриває не дуже великачисло зон Френеля, виходить світле плямочка. Принцип Гюйгенса - Френелядозволяє пояснити явище дифракції та дати методи її кількісного розрахунку.Розрізняють два випадки дифракції. Якщо перешкода, на якій відбувається дифракція,знаходиться поблизу від джерела світла або від екрану, на якому проводитьсяспостереження, то фронт падаючих або дифрагованих хвиль має криволінійнуповерхню; цей випадок називається дифракцією Френеля або дифракцією врозбіжних променях, тобто де b - розмір отвору, z - відстань точкиспостереження від екрану, l - довжина хвилі (дифракція Френеля), і дифракція світла впаралельних променях, при якій отвір багато менше однієї зони Френеля, т.е. (дифракція Фраунгофера). В останньому випадку при падінні паралельного пучкасвітла на отвір пучок стає розбіжним з кутом расходимости j ~ l/b(Дифракційна расходимость). Плоскі хвилі виходять або видаленням джереласвітла і місця спостереження від перешкоди, що викликає дифракцію, або застосуваннямвідповідного розташування лінз.
З точки зорууявлень геометричної оптики про прямолінійному поширенні світламежа тіні за непрозорою перешкодою різко окреслена променями, якіпроходять повз перешкоди, торкаючись його поверхні. Отже, явищедифракції нез'ясовно з позицій геометричної оптики. За хвильової теоріїГюйгенса, що розглядає кожну точку поля хвилі як джерело вторинних хвиль,розповсюджуються по всіх напрямках, в тому числі і в область геометричноїтіні перешкоди, взагалі неясно, як може виникнути скільки-виразнатінь. Тим не менш, досвід переконує нас в існуванні тіні, але не різкоокресленої, як стверджує теорія прямолінійного поширення світла, а зрозмитими краями. Причому в області розмитості спостерігається системаінтерференційних максимумів і мінімумів освітленості
2. Дифракція на щілині
Велике практичнезначення має випадок дифракція світла на щілині. При освітленні щілини паралельнимпучком монохроматичного світла на екрані виходить ряд темних і світлихсмуг, швидко убувають по інтенсивності. Якщо світло падає перпендикулярно доплощині щілини, то смуги розташовані симетрично відносно центральноїсмуги, а освітленість змінюється вздовж екрану періодично зі зміною j,звертаючись в нуль при кутах j, для яких sin j = m/lb (m = 1, 2, 3 ....). Припроміжних значеннях освітленість досягає максимальних значень. Головниймаксимум має місце при m = 0, при цьому sin j = 0, тобто j = 0. Наступнімаксимуми, значно поступаються за величиною головному, відповідають значеннямj, визначеним з умов: sin j = 1,43 l/b, 2,46 l/b, 3,47 l/b і т.д. Ззменшенням ширини щілини центральна світла смуга розширюється, а при данійширині щілини положення мінімумів і максимумів залежить від l, тобто відстаньміж смугами тим більше, чим більше l. Тому в разі білого світла маємісце сукупність відповідних картин для різних кольорів. При цьому головниймаксимум буде загальним для всіх l і представиться у вигляді білої смужки,переходить в кольорові смуги з чергуванням квітів від фіолетового до червоного.Якщо є 2 ідентичні паралельні щілини, то вони дають однаковінакладаються один на одного дифракційні картини, внаслідок чого максимумивідповідно посилюються, а, крім того, відбувається взаємна інтерференціяхвиль від першої та другої щілин, значно ускладнює картину. В результатімінімуми будуть на колишніх місцях, тому це ті напрямки, по яких жодназ щілин не посилає світла. Крім того, можливі напрямки, в яких світло,посилається двома щілинами, взаємно знищується. Таким чином, колишні мінімумивизначаються умовами: b sin j = l, 2l, 3l, ..., додаткові мінімуми d sin j =l/2, 3l/2, 5l/2, ... (D - розмір щілини b разом з непрозорим проміжком а),головні максимуми d sin j = 0, l, 2l, 3l, ..., тобто між двома головнимимаксимумами розташовується один додатковий мінімум, а максимуми стають більшвузькими, ніж при одній щілині. Збільшення числа щілин робить це явище ще більшвиразним. Дифракція світла відіграє істотну роль при розсіянні світла вкаламутних середовищах, наприклад на порошинках, крапельках туману і т.п. На дифракція світлазаснована дія спектральних приладів з дифракційної гратами (дифракційнихспектрометрів). Дифракція світла визначає межа роздільної здатностіоптичних приладів (телескопів, мікроскопів та ін.) Завдяки дифракція світлазображення точкового джерела (наприклад, зірки в телескопі) має вигляд гуртказ діаметром lflD, де D - діаметр об'єктива, а f - його фокусна відстань.Расходимость випромінювання лазерів також визначається дифракція світла. Длязменшення расходимости лазерного пучка його перетворять у більш широкий пучокза допомогою телескопа, і тоді расходимость випромінювання визначається діаметром Dоб'єктива за формулою j ~ l/D.
Дифракційна картина,спостережувана на екрані, поставленому за перегородкою з одного щілиною, може бутирозрахована на підставі принципу суперпозиції і інтерференції хвиль. Нехай на щілинупадає монохроматичне пучок світла довжиною пЃ¬ . Розміри щілини d порівняні з пЃ¬: d ~ пЃ¬ . Відстань від щілини до екрану L>> D . Кожна точка щілини є, згідно з принципом Гюйгенса,джерелом вторинної сферичної хвилі. Ці хвилі інтерферують між собою, такщо істинне положення фронту результуюч...
