дифракция на вълни

Дифракция на светлината

В Лекция 2 разгледахме феномена на преразпределение на интензитета на светлината в резултат на наслагване на вълни. Това явление, което наричаме намеса и се счита за образец намеса от два източника. Тази лекция - пряко продължение на предишната. не се наблюдава съществена разлика между физически смущения и дифракция. И двете явления са за преразпределение на светлина поток в резултат на наслагване на вълни.

По исторически причини, интензитетът на преразпределение резултат от наслагването на вълни, генерирани от краен брой дискретни последователни източници се нарича смущения. Преразпределение интензивност резултат от наслагването на вълните въодушевени, съгласувани източници, разположени непрекъснато наречени дифракционни вълни. (Когато източникът е малък, напр. Второ, в резултат на съвместното им действие обикновено се нарича намеса, и ако източниците са много, често се говори за дифракция.)

Дифракция е всяко отклонение размножаване в района на препятствия по законите на геометричната оптика.

В геометричната оптика използва концепцията за светлинен лъч - тесен лъч светлина движи по права линия. Праволинейност на светлина размножаване се обяснява с теорията на Нютон и се потвърждава от наличието на сенки зад непрозрачен източник, разположен на пътя на светлината от източника на точка. Но - противоречие на вълновата теория, тъй като на принципа на Хюйгенс всяка точка на вълната може да се разглежда като източник на вторични вълни, разпространяващи във всички посоки, включително и в областта на геометричната сянка на препятствие (вълна трябва да се огъват около препятствия). Как може да възникне сянка? Хюйгенс теория не може да даде отговор. Но теорията на Нютон не може да обясни феномена на намеса и нарушаване на правото на праволинейно разпространение на светлината, когато светлината преминава през доста тесни процепи и дупки, както и при отразяване на малки непрозрачни бариери.

В тези случаи, инсталиран на екрана зад дупките или пречки, вместо ясно разграничени области на светлина и сянка система наблюдава интерференция максимуми и минимуми на осветлението. Дори и за препятствия и дупки, които имат големи размери, има рязък преход от сянката към светлината. Винаги има преход регион, в който е възможно да се открият слаби смущения максимуми и минимуми. Е. преминаването на вълни близо до границите на непрозрачни или прозрачни органи, през малките отвори, и т.н. вълни отклоняват от праволинейни размножаване (закони на геометрични оптика) и тези отклонения са придружени от интерференция.

1) рентгенограма вълни - характеристика на разпространение на вълната, независимо от тяхната природа.

2) вълни могат да влязат в геометричната сянка (завоя около препятствия, за да проникнат през малки дупки в екраните ...). Напр. звучи ясно да се чува над ъгъла на къщата - звуковата вълна отива около него. Дифракция на радиовълните около повърхността на земята се дължи на приемането на радиосигнали в обхвата на дълги и средни радиовълни извън полезрението на антената излъчване.

3) вълни дифракционни зависи от съотношението между дължината на вълната и размера на обект причинява дифракция. В границата на законите на оптиката вълни се движат със законите на геометричната оптика отклонения от геометричните закони оптика е по-малката, толкова по-кратък от дължината на вълната, при равни други условия. Затова е лесно да се наблюдава дифракция на звук, сеизмични и радиовълни, за които

от м до км; много по-трудно да се наблюдава без специални устройства разлагане на светлината. Дифракция е намерена в случаите, когато размерът на бариерите на плика сравними с дължината на вълната.

Дифракция на светлината е открит през 17-ти век. Италиански физик и астроном Е. Грималди и беше обяснено в началото на 19 век. Френски физик А. Френел. което е един от основните доказателства за вълна естеството на светлината.

Дифракция феномен може да се обясни от принципа на Хюйгенс-Френел.

принцип на Хюйгенс ", всяка точка, до която вълна идва в този момент, служи като център на вторичните (елементарни) вълни. Пликът на тези вълни дава позицията на фронта на вълната в следващия момент.

1) е плоска вълна;

2) на светлина инцидент обикновено отваряне;

3) непрозрачен екран; екран материал се смята като първо приближение, който не играе никаква роля;

4) вълна се разпространява в хомогенна изотропна среда;

5) обратните вълни не трябва да се вземат под внимание.

Според Хюйгенс, всяка точка на фронта на вълната, излъчена отвор част служи като източник на вторични вълни (в хомогенна изотропна среда са сферични). Чрез изграждане на плика на вторичните вълни за определен период от време, ние виждаме, че предната част на вълната навлиза в района на геометричната сянка, т.е., вълната отива около ръба на дупката - .. Наблюдавани дифракция - светлината е процес от вълна.

принцип на Хюйгенс ": Заключения

1) е геометрична метод за изграждане на вълна отпред;

2) решава проблема на посоката на разпространение на фронт на вълната;

3) дава обяснение на разпространение на вълните, съгласие със законите на геометричната оптика;

4) опростява задачата за определяне на ефекта на всички процес вълна, се извършва в място на точка, това намаляване на етапите на изчисляване в дадена точка произволно избран вълна повърхност.

5), но: важи при условие, че дължината на вълната е по-малко от размерите на фронт на вълната;

6) не засяга въпроса за мащаба и интензитета на вълните, разпространяващи в различни посоки.

принцип на Хюйгенс "се допълва от Френел

Хюйгенс-Френел Принцип: смущение вълна в точка Р може да се разглежда като вторичен резултат на намесата на съгласуван вълна, излъчвана от всеки елемент от повърхността вълна.

1) Резултати от елементарни вторични смущения вълни зависи от посоката.

2) Вторични източници yavl. фиктивен. Те могат да служат като безкрайно малки елементи на всяка затворена повърхност, обграждаща източник. Обикновено повърхността е избран от една вълна повърхности, всички сляпо източници работят във фаза.

1) изключва възможността от възникване на обратната вторични вълни;

2) предполагат, че ако между източника и точката на наблюдение е непрозрачен екран с отвор върху повърхността на екрана вторични вълни амплитуда е нула и в отвора - същото като при липса на екрана.

Заключение: принцип Хюйгенс-Френел е приемане за изчисляване на посоката на разпространение на вълната и разпределение на интензитет (амплитуда) в различни посоки.

1) Прибавка за амплитудите и фази на вторичните вълни позволява във всеки случай да намерите амплитуда (интензитет) на получения вълната във всяка точка в пространството. Амплитудата на вълната преминаване на екрана се определя чрез изчисляване на точката на наблюдение на вторични смущения вълните от вторични източници подредени в екрана на отваряне.

2) математически строга решаване на проблемите на дифракция на базата на уравнението на вълната с гранични условия в зависимост от естеството на пречките е изключителни трудности. Нанесете приблизителни методи на решение, например. метод на Fresnel зони.

3) Принципът на Хюйгенс-Френел в рамките на теорията на вълната обяснява праволинейни разпространение на светлината.