ДИФРАКЦІЯ СВІТЛА

Прямолінійне поширення світла, як було з'ясовано, є інтерференційний процес в умовах «вільного» поширення світла, тобто в умовах, коли всі зони Френеля вільні (не перекриваються екраном) і мають симетричне розміщення відносно спостерігача. Якщо чим-не-будь порушується вільність і симетричність у розміщенні зон, то порушується і прямолінійність поширення світла. Зокрема:

при порушенні симетричності зон виникає явище заломлення світла, а

при порушенні вільності в розміщенні зон — явище дифракції (обгинання світлом перешкод).

Розрізняють два види дифракції:

дифракцію в розбіжних променях (на незначних відстанях від джерела світла), вивчену Огюстом Френелем,

і дифракцію в паралельних променях (на значних відстанях від джерела), вивчену Й. Фраунгофером.

Тому ці види дифракції називають дифракцією Френеля та дифракцією Фраунгофера.

Розглянемо деякі приклади дифракції світла.

Дифракція Френеля від круглого отвору. Якщо на шляху поширення світла від джерела S (рис. 1) розмістити непрозору перешкоду з круглим отвором АВ значних розмірів, то на екрані спостерігається світна пляма, обмежена тінню; коли ж розміри отвору весь час зменшувати, то контури тіні все більше стають розмитими, і, нарешті, світна пляма перетворюється в сукупність світлих і темних кілець. Таким є результат дифракції світла від круглого отвору.

Рис.10. Дифракція Френеля на круглому отворі

Освітленість центральної точки О на екрані, як і будь-якої іншої точки С поблизу неї, залежить від кількості зон Френеля, що вміщуються в отворі при побудові їх з даної точки. Якщо в межах отвору вміщується парне число зон (чотири), то хвилі, що приходять від них в дану точку, попарно компенсуватимуться — точка буде затемнена. Навпаки, якщо в межах отвору вміщується непарне число зон (п᾿ять), побудованих з даної точки, то одна з них буде нескомпенсована і зумовить освітленість точки.

Ці умови можно виразити так:

, - то точка О буде затемнена;

, - то точка О буде ОСВІТЛЕНА.

в) Дифракція Фраунгофера від однієї щілини. Нехай нормально до екрана з вузькою прямокутною щілиною АВ (рис. 23) падає пучок паралельних променів — плоска хвиля монохроматичного світла. Щілина АВ виділить частину фронту хвилі, яка за принципом Гюйгенса являтиме множину вторинних джерел світла в однаковій фазі коливання. Світло від них поширюватиметься в різних напрямах до екрана спостереження, але результуюча дія його в тих або інших місцях буде неоднаковою.

Рис. 11. Дифракція Фраунгофера на щілині

Для демонстрації дифракції Фраунгофера збиральну лінзу L розміщують за щілиною, а екран спостереження — у фокальній площині лінзи FF'. Неважко помітити, що всі світлові хвилі, які виходять від щілини АВ в напрямі нормалі до екрана, збиратимуться в центральній точці О (точніше, промені збиратимуться в смугу, паралельну щілині). Оскільки різниця ходів між усіма цими хвилями дорівнює нулю (лінза не спричинює різниці ходів хвиль), то центральна смуга, що проходить через точку О, буде максимально освітлена.

Пучок світлових хвиль, що виходять під кутом φ до нормалі, буде так само збиратися в смугу, що проходить через деяку точку С. Але питання про освітленість її можна вирішити лише внаслідок поділу хвильової поверхні АВ на зони Френеля. Цей поділ на зони здійснюють системою паралельних площин, перпендикулярних до променів і віддалених одна від одної на. При цьому кожній хвилі, що випромінюється з однієї зони, знайдеться відповідна хвиля, що випромінюється з сусідньої зони, з різницею ходу; такі дві хвилі, досягаючи точки С, взаємно компенсуватимуться. Отже, якщо на хвильовій поверхні АВ вкладатиметься парне число зон, то світлові хвилі від них взаємно компенсуватимуться — дифракційна смуга, що проходить через точку С, буде темною; якщо число зон буде непарне, то дія однієї зони залишиться нескомпенсованою — дифракційна смуга буде освітленою. Ці умови аналітично можна виразити так:

якщо ВВ₁ == то смуга в точці С буде темна;

якщо ВВ₁= =, то смуга в точці С буде світла,

де:

АВ — ширина щілини; k = 1, 2, 3, ... (k — позначає порядок розміщення дифракційних спектрів відносно центральної смуги);

ВВ₁ – різниця ходу між двома крайніми променями, що виходять зі щілини (крайній лівий та крайній правий промені).

Увага!!! Для будь-якої хвилі , що виходить з однієї зони Френеля , завжди знайдеться відповідна хвиля , яка виходить із сусідньої зони , така , що оптична різниця ходу хвиль між ними буде дорівнює λ/2. Дві такі хвилі взаємно погашають один одного. Відповідно всі хвилі двох сусідніх зон Френеля взаємно знищуються .

Якщо щілину освітлювати білим світлом, то світлі смуги перетворюються в дифракційні спектри.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Розрізняють дифракцію Френеля в розбіжних променях і дифракцію Фраунгофера в паралельних променях.	\|	ДИФРАКЦІЙНА РЕШІТКА

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.