Дифракция на круглом отверстии.

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.

Аналогичная картина будет наблюдаться для любой точки, лежащей на линии АВ. Расчет картины для точек, лежащих в плоскости, перпендикулярной к АВ, в стороне от этой линии, несколько сложнее. Но легко увидеть, что  вследствие симметрии всего расположения вокруг линии АВ распределение света в указанной плоскости должно быть симметрично, т.е. области одинаковой освещенности должны располагаться кольцеобразно около точки В. При подходящих условиях опыта можно наблюдать несколько концентрических областей максимумов и минимумов освещенности, плавно переходящих друг в друга. Читать далее физика Оптика »

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.

С помощью усовершенствованного им принципа Френелю удалось дать удовлетворительное объяснение ряда дифракционных явлений, а также устранить одно из основных затруднений волновой теории

Рис. 5.3.1. Волновая поверхность света , распространяющегося от некоторого источника.

света и показать, как согласуется волновая природа с наблюдающимся на опыте прямолинейным распространением света. Пусть S на рис. 5.3.1. представляет собой одну из волновых поверхностей света, распространяющегося от некоторого  источника.  Читать далее физика Оптика »

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.

Изображения таких пластинок приведенных ниже. Если поместить пластинку в соответствующем месте сферической волны, т.е. расположить на расстоянии а от

а -открыты нечетные зоны                б-открыты четные зоны

точечного источника и на расстоянии b от точки наблюдения на линии, соединяющей эти две точки, то для света длины волны l наша пластинка прикроет все четные зоны и оставит свободными все нечетные, начиная с центральной. Читать далее физика Оптика »

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.

Искусственную гипотезу об огибающей вторичных волн Френель заменил физически ясным положением, согласно которому вторичные волны при наложении интерферируют друг с другом. Свет должен наблюдаться во всех местах пространства, где при интерференции вторичные волны усиливаются; в тех же местах они взаимно гасят друг друга, должна наблюдаться темнота. Тем самым выясняется и физический смысл огибающей. К огибающей все вторичные волны приходят в одинаковых фазах, и их интерференция приводит к большой интенсивности света. Становится ясным, по крайней мере качественно, и отсутствие обратной волны. Вторичные волны, идущие от волнового фронта вперёд, вступают в свободное от возмущений пространство. Они интерферируют только друг с другом. Напротив, вторичные волны, идущие назад, вступают в пространство, где уже есть волновое возмущение – прямая волна. При интерференции вторичные волны гасят прямую волну, так что после прохождения волны пространство за ней оказывается невозмущённым.

Френель дал следующую формулировку принципа Гюйгенса несколько обобщённую Рэлеем (1842 – 1919). Окружим все источники света S1,  S2 , S3… произвольной замкнутой поверхностью F (рис.5.2.1.) Каждую точку такой поверхности можно рассматривать как источник вторичных волн, распространяющихся во всех направлениях. Эти волны  когерентны, поскольку все они возбуждаются одними и теми же первичными источниками. Световое поле, возникающее в результате их интерференции, в пространстве вне их интерференции, в пространстве вне поверхности F совпадает с полем реальных источников света. Читать далее физика Оптика »

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.

Наблюдение дифракции осуществляется обычно по следующей схеме. На пути световой волны, распространяющейся от некоторого источника, помещается непрозрачная преграда, закрывающая часть волновой поверхности световой волны. За преградой располагается экран, на котором возникает дифракционная картина.

Рис.5.1 Дифракцию можно наблюдать, поместив за источником света S и перед точкой наблюдения Р по линзе так, чтобы S и Р были в фокальной пл-ти линзы