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

Принцип Гюйгенса Френеля Для вывода законов отражения и преломления мы использовали принцип Гюйгенса. Френель дополнил его формулировку для объяснения явления дифракции Определите, какое дополнение ввел Френель?

Принцип Гюйгенса: каждая точка волновой поверхности является источником вторичных сферических волн

Принцип Гюйгенса-Френеля: каждая точка волновой поверхности является источником вторичных сферических волн, которые интерферируют между собой

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 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

Интерференционные экстремумы Если разность хода от двух соседних зон равна половине длины волны, то колебания от них приходят в точку О в противоположных фазах и наблюдается интерференционный минимум, если разность хода равна длине волны, то наблюдается интерференционный максимум

Темные и светлые пятна Таким образом, если на препятствии укладывается целое число длин волн, то они гасят друг друга и в данной точке наблюдается минимум (темное пятно). Если нечетное число полуволн, то наблюдается максимум (светлое пятно)

Зонные пластинки На этом принципе основаны т.н. зонные пластинки

Зонные пластинки

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

Интерференционные картины от разных точек предмета перекрываются, и изображение смазывается, поэтому прибор не выделяет отдельные детали предмета. Дифракция устанавливает предел разрешающей способности любого оптического прибора

Разрешающая способность человеческого глаза приблизительно равна одной угловой минуте: где D диаметр зрачка; телескопа =0,02''; у микроскопа увеличение не более раз. Можно видеть предметы, размеры которых соизмеримы с длиной световой волны

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