Закони геометричної оптики. Дифракція світла. Принцип Гюйгенса- Френеля

Дифракція хвиль

Лекція 20

Дифракція – це обгинання хвилями перешкод, що зустрічаються на їх шляху; в більш широкому значенні – будь-яке відхилення розповсюдження хвиль поблизу перешкод від законів геометричної оптики.

Завдяки дифракції хвилі можуть потрапляти в область геометричної тіні, огинати перешкоди, проникати через невеликі отвори в екранах і т. д. Наприклад, звук добре чутний за рогом будинку, тобто звукова хвиля його огинає.

Геометрична оптика розглядає закони поширення світла в прозорих середовищах на основі уявлення про світловий промінь як лінію, вздовж якої переноситься світлова енергія. Хоча світловий промінь є абстрактним поняттям, а геометрична оптика – граничним (окремим) випадком хвильової оптики, все ж вона являє собою простий наближений метод побудови зображень в оптичних системах.

В основі геометричної оптики лежать такі закони.

1. Закон прямолінійного поширення світла.В однорідних середовищах світло поширюється прямолінійно.

2. Закон відбивання світла. Промінь падаючий, промінь відбитий і нормаль, поставлена в точку падіння, лежать в одній площині, а кут падіння дорівнює куту відбивання.

3. Закон заломлення світла.Промінь падаючий, промінь заломлений і перпендикуляр, поставлений у точку падіння, лежать в одній площині. При будь-якому куті падіння відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є величиною, сталою для двох певних середовищ, і називається відносним показником заломлення другого середовища відносно першого.

4. Закон незалежності поширення світлових променів. Світлові промені, поширюючись у просторі, при перетині не впливають один на одного.

5. Закон оборотності (принцип оборотності) світлових променів.Якщо промінь падає з першого середовища на межу другого під кутом і, заломлюється на межі і переходить у друге середовище під кутом r, то промінь, пущений у зворотному напрямі з другого середовища під кутом r, вийде в першому середовищі під кутом і. Аналогічно буде і при відбиванні. Принцип оборотності виконується при будь-якій кількості заломлень і відбивань на межах оптичних систем.

Розглянемо дифракцію світла.

Явище дифракції світла пояснюється за допомогою принципу Гюйгенса, згідно з яким кожна точка, до якої доходить хвиля, служить центром вторинних хвиль, а огинаюча (обвідниця) цих хвиль задає положення хвильового фронту в наступний момент часу. Це – геометричний принцип; він вирішує лише задачу про напрям розповсюдження хвильового фронту, а не піднімає питання про амплітуду, а отже, і про інтенсивність хвиль, що розповсюджуються по різних напрямах.

Френель вклав в принцип Гюйгенса фізичний смисл, доповнивши його ідеєю інтерференції вторинних хвиль.

Згідно принципу Гюйгенса-Френеля, світлова хвиля, яка збуджується яким-небудь джерелом S, може бути представлена як результат суперпозиції когерентних вторинних хвиль, "випромінюваних" фіктивними джерелами. Такими джерелами можуть служити нескінченно малі елементи будь-якої замкненої поверхні, що охоплює джерело S. Зазвичай в якості цієї поверхні вибирають одну з хвильових поверхонь, тому всі фіктивні джерела діють синфазно.

Таким чином, хвилі, що розповсюджуються від джерела, є результатом інтерференції всіх когерентних вторинних хвиль. Френель виключив можливість виникнення зворотних вторинних хвиль і припустив, що якщо між джерелом і точкою спостереження знаходиться непрозорий екран з отвором, то на поверхні екрану амплітуда вторинних хвиль дорівнюватиме нулю, а в отворі вона буде такою ж самою, як за відсутності екрану.

Врахування амплітуд і фаз вторинних хвиль дозволяє у кожному конкретному випадку знайти амплітуду (інтенсивність) результуючої хвилі в будь-якій точці простору, тобто визначити закономірності розповсюдження світла.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Джерела господарського права.	\|	Дифракція в паралельних променях на щілині

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.039 сек.