Дифракция света Дифракция света

Характерным проявлением волновых свойств света является дифракция света отклонение от прямолинейного распространения на резких неоднородностях среды.

Дифракция была открыта : Франческо Гримальди в конце XVII в. Объяснение явления дифракции света дано Томасом Юнгом и Огюстом Френелем, которые не только дали описание экспериментов по наблюдению явлений интерференции и дифракции света, но и объяснили свойство прямолинейности распространения света с позиций волновой теории.

Теория Гюйгенса - Френеля : Волновая поверхность в любой момент времени представляет собой не просто огибающую вторичных волн, а результат их интерференции.

Дифракционная картина

Построение дифракционной картины от круглого отверстия и круглого непрозрачного экрана

Дифракция от различных препятствий : а ) от тонкой проволочки ; б ) от круглого отверстия ; в ) от круглого непрозрачного экрана.

Препятствие – круглое отверстие R= Препятствие – круглое отверстие R=3.9

Препятствие – круглое отверстие R=3.3

Препятствие – игла d=2.3

Препятствия

Зоны Френеля Для того чтобы найти амплитуду световой волны от точечного монохроматического источника света А в произвольной точке О изотропной среды, надо источник света окружить сферой радиусом r=ct

Зоны Френеля Интерференция волны от вторичных источников, расположенных на этой поверхности, определяет амплитуду в рассматриваемой точке P, т. е. необходимо произвести сложение когерентных колебаний от всех вторичных источников на волновой поверхности

Зоны Френеля Так как расстояния от них до точки О различны, то колебания будут приходить в различных фазах. Наименьшее расстояние от точки О до волновой поверхности В равно r 0

Зоны Френеля Первая зона Френеля ограничивается точками волновой поверхности, расстояния от которых до точки О равны : где длина световой волны

Зоны Френеля Вторая зона : Аналогично определяются границы других зон

Зоны Френеля

Условия наблюдения дифракции 3 Дифракция происходит на предметах любых размеров, а не только соизмеримых с длиной волны

Условия наблюдения дифракции 3Трудности наблюдения заключаются в том, что вследствие малости длины световой волны интерференционные максимумы располагаются очень близко друг к другу, а их интенсивность быстро убывает

Границы применимости геометрической оптики 3 Дифракция наблюдается хорошо на расстоянии 3 Если, то дифракция невидна и получается резкая тень (d - диаметр экрана ). 3 Эти соотношения определяют границы применимости геометрической оптики

Границы применимости геометрической оптики 3 Если наблюдение ведется на расстоянии, где d размер предмета, то начинают проявляться волновые свойства света

Дифракционная решетка Дифракционные решетки, представляющие собой точную систему штрихов некоторого профиля, нанесенную на плоскую или вогнутую оптическую поверхность, применяются в спектральном приборостроении, лазерах, метрологических мерах малой длины и т. д

Дифракционная решетка

Величина d = a + b называется постоянной ( периодом ) дифракционной решетки, где а ширина щели ; b ширина непрозрачной части

Дифракционная решетка Угол - угол отклонения световых волн вследствие дифракции. Наша задача - определить, что будет наблюдаться в произвольном направлении - максимум или минимум

Дифракционная решетка Оптическая разность хода Из условия максимума интерференции получим :

Дифракционная решетка Следовательно : - формула дифракционной решетки. Величина k порядок дифракционного максимума ( равен 0, 1, 2 и т. д.)

Определение с помощью дифракционной решетки

Гримальди Франческо 2.IV XII.1663 Гримальди Франческо 2.IV XII.1663 Итальянский ученый. С 1651 года - священник. Открыл дифракцию света, систематически ее изучал и сформулировал некоторые правила. Описал солнечный спектр, полученный с помощью призмы. В 1662 г. определил величину поверхности Земли.

Френель Огюст Жан (10.V VII.1827) Французский физик. Научные работы посвящены физической оптике. Дополнил известный принцип Гюйгенса, введя так называемые зоны Френеля ( принцип Гюйгенса - Френеля ). Разработал в 1818 году теорию дифракции света

Юнг Томас 13.IV V.1829 Юнг Томас 13.IV V.1829 Английский ученый. Полиглот. Научился читать в 2 года. Объяснил аккомодацию глаза, обнаружил интерференцию звука, объяснил интерференцию света, и ввел этот термин. Измерил длины волн световых лучей. Исследовал деформацию

Араго Доменик Франсуа ( 2 6.II X.1853) Араго Доменик Франсуа (26.II X.1853) Французский физик и политический деятель. Автор многих открытий по оптике и электромагнетизму : хроматическую поляризацию света, вращение плоскости поляризации, намагничивание железных опилок вблизи проводника с током. Установил связь полярных сияний с магнитными бурями. По его указаниями А. Физо и У. Фуко измерили скорость света, а У. Леверье открыл планету Нептун

Фраунгофер Йозеф (6.III VI.1826) Немецкий физик. Научные работы относятся к физической оптике. Внёс существенный вклад в исследование дисперсии и создание ахроматических линз. Фраунгофер изучал дифракцию в параллельных лучах ( так называемая дифракция Фраунгофера ). Сначала от одной щели, а потом от многих. Большой заслугой учёного является использование ( с 1821 года ) дифракционных решеток для исследования спектров ( некоторые исследователи считают его даже изобретателем первой дифракционной решетки )

Пуассон Семион Дени (21.VI IV.1840) Французский механик, математик, физик, член Парижской академии наук ( с 1812 года ). Физические исследования относятся к магнетизму, капиллярности, теории упругости, гидромеханике, теории колебаний, теории света. Член Петербургской академии наук ( с 1826 года )