Дифракция света

Пусть волна å, идущая из А, встречает на пути экран MN с круглым отверстием. Исследуем явление в точке В, лежащей на линии, соединяющей А с центром круглого отверстия.

Вспомогательная поверхность Френеля å будет касаться экрана MN. Разбивка на зоны Френеля, произведенная, покажет, что  в зависимости от размера отверстия в нем уложится большее или меньшее число зон. При небольшом размере отверстия и соответственных расстояниях А и В можно учитывать лишь ограниченное число действующих зон. Легко видеть, что если отверстие открывает всего лишь одну зону или небольшой нечетное число зон, то действие в точке В будет больше, чем при отсутствии экрана. Максимум действия соответствует размеру отверстия в одну зону. Если же отверстие открывает четное число зон, то световое возбуждение в точке В будет меньше, чем при свободной волне. Наименьшая освещенность соответствует двум открытым зонам диаграммы, и определяющие световое возбуждение в точке В  зависимости от числа зон, укладывающихся  в отверстии.

Явление дифракции волн может быть объяснено с помощью принципа Гюйгенса. Однако принцип Гюйгенса не дает никаких указаний об амплитуде, а следовательно и об интенсивности волн, распространяющихся в различных направлениях. Этот недостаток был устранен Френелем, который дополнил принцип Гюйгенса представлением об интерференции вторичных волн. Учет амплитуд и фаз вторичных волн позволяет найти амплитуду результирующей волны в любой точке пространства.

Хорошей иллюстрацией, подтверждающей приведенный метод рассуждения Френеля, может служить опыт с зонной пластинкой. Как следует из сказанного выше, радиус m-зоны Френеля равен

Приготовим экран, состоящий из последовательно чередующихся прозрачных и непрозрачных колец, радиусы которых удовлетворяют написанному соотношению для каких- либо значений a, b, и l. Для этой цели можно, например, вычеркнуть в крупном масштабе соответствующий рисунок и уменьшить его в виде фотографической копии до желаемого размера. Приготовленный таким образом экран чик носит название зонной пластинки.

Принцип Гюйгенса в том виде, в каком он был сформулирован самим Гюйгенсом, есть не более чем геометрический рецепт для построения волновых фронтов. Во всех примечаниях вторичные волны Гюйгенса выступают не как реальные волны, а как вспомогательные сферы, используемые для такого построения. Эти сферы, построенные из точек волнового фронта как из центров, проявляют своё действие только на огибающей, которая и даёт новое положение волнового фронта. При этом оставалось необъяснимым, почему при распространении волны не возникает обратная волна.

Дифракцией называется совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в среде с резкими неоднородностями и связанных с отклонениями от законов геометрической оптики. Дифракция в частности приводит к огибанию световыми волнами препятствий и проникновению света в область геометрической тени. Огибание препятствий звуковыми волнами наблюдается постоянно в обыденной жизни. Для наблюдения дифракции световых волн необходимо создание специальных условий. Это обусловлено малостью длин световых волн. Мы знаем, что в пределе при l ® 0 законы волновой оптики переходят в законы геометрической оптики. Следовательно, отклонения от законов геометрической оптики при прочих равных условиях оказываются тем меньше, чем меньше длина волны.