Vvededie дифракция и намеса
Светлината е част от електромагнитното излъчване, която се възприема от човешкото око (400 -760 пМ).
Всички микро-обекти, така присъща и вълна характеристики. То е универсално свойство на природата е наречена двойственост вълна-частица. първо двойствеността на вълна-частица, е определен за фотони.
Wave свойства на светлината ни дадат възможност да даде обяснение на явлението дифракция, интерференция, поляризация. В същото време, емисията на процеси фотоелектронна, топлинното излъчване не може да се обясни без участието представяне на светлина като потока на частиците - от фотони.
Обикновено оптика (изследване на светлината) могат да бъдат разделени на две части: вълната и размер.
Въвеждане на 71. Смущения и дифракция на светлината
От гледна точка на светлинния импулс е електромагнитна вълна; разпространението на колебанията е свързан между електрически и магнитни полета. Фиг. 1 е монохроматичен вълна в непроводим среда.
За разлика от еластични вълни, електромагнитни вълни могат да се разпространяват във вакуум при всяка точка в пространството в даден момент на електрическия вектор
Скоростта на разпространение на светлината във вакуум с е 3 до 10 см / сек.
Поради уникалната връзката между векторите
Да предположим, че във всяка точка в пространството възниква добавяне на две вълни на същата честота и векторите
модули вектори
По силата на принципа на суперпозиция на получената напрегнатостта на полето
В експеримента, обикновено записва интензитета на светлината вълна, която I. за плоски или сферични вълни е пропорционална
,
където = 1 2. Ако разликата на взаимодействащите вълни фаза не се променя с времето, в тези точки, за които cos> 0, интензитетът на светлината надвишава общия интензитет на I1 + I2. и в точките, където cos <0, она меньше I1 + I2. То есть в этом случае произойдет перераспределение светового потока в пространстве, в результате чего в одних местах возникнут максимумы освещенности, в других - минимумы.
Това явление се нарича смущения. Като цяло, вълна намеса е пространствено преразпределение на получената интензитет на вълна в зависимост от поведението по време на амплитудите, фазите, честота, поляризация посоки на смущаващата voln.Neobhodimym стабилно състояние за съществуването на времето модел намеса съответства потока процеси насложени вибрационни вълни. За тази цел е необходимо тези вълни имат една и съща честота (1 = 2) и постоянна фазова разлика ( = конст). Тези вълни се наричат кохерентни.
смущения се проявява най-ясно, когато двете вълни имат една и съща поляризация, и техните интензивности са I1 = I2. след максимумите на интензитета на светлината е равно на четири пъти първоначалната I = 4I1. и минимуми I = 0.
В случай на несвързани вълни, като непрекъсната промяна на разликата фаза = 1 2. получаване с еднаква вероятност за всяка стойност, cos средна стойност ще бъде нула, и полученият интензитет I = I1 + I2. това е, срока на смущения
Последователни вълни могат да бъдат получени чрез разделяне (използвайки пречупване или отражение) вълни, излъчвани от точков източник. Ако тези вълни ще бъде различен оптичен път, когато последвано от прилагането ще се наблюдава интерференция модел.
Нека разделяне вълна настъпва в точка О, и отговаря на вълната в точка Р (фиг. 2) Вълната 1 се простира в среда с коефициент на пречупване n1 път S1. и 2 вълна в среда с n2 път S2. след това разликата фаза трептене вълни 1 и 2 в P:
,
Големината на = (n2S2-n1S1) се нарича оптична разликата път. Може да се покаже, че
Виждаме, че в = м , където m = 0,1,2. трептения се появят в точка Р, с една и съща фаза, т.е. има смущения максимум. Ако = (2m 1) / 2, след това има минимум в точката P.
Отклонението от праволинейни разпространение на светлината в среда с остри нарушения (например, органи граници в малки отвори) nazyvaetsyaDIFRAKTsIEY. Дифракция причинява леки вълни пасаж около препятствия и частично проникване на светлината в геометричната сянка. За да се обясни явлението дифракция са принцип Хюйгенс, съгласно което всяка точка от фронт на вълната е вторичен източник на сферични вълни, и дава резултат от тяхната намеса вълна повърхност в следващите пъти. В случай неограничени вторични вълна повърхностни вълни за всяка посока (с изключение на праволинейни) поради смущението се изключват взаимно, тъй като всяка вълна повърхност елемент Q1 винаги еднакви по размер Q2 елемент. вторична вълна от които в тази област изостава в / 2, т.е. създава колебание срещащи се в обратното спрямо колебанията на Q1.
Ако повърхността на вълната е частично ограничен, вторичните вълни, излъчвани в определени посоки отворен крайни елементи не празни. Очевидно е, че естеството на явленията на интерференция и дифракция на същото. И двете явления са за преразпределение на светлина поток в резултат на наслагване на вълни. Исторически, че преразпределение на интензивността резултат от наслагването на вълни, излъчвани от краен брой дискретни последователни източници, обикновено се нарича смущения. Преразпределение на интензивност, възникнали в резултат на наслагване на вълни, излъчвани кохерентни източници, разположени непрекъснато нарича дифракция. Следователно, те казват, например, модел смущения на две тесни прорези и дифракция от един прорез.
Има две прости видове дифракция. Дифракция на успоредни лъчи, наречен Fraunhofer дифракция и дифракция на сферични вълни Fresnel дифракция.
Помислете дифракцията Fraunhofer в дълъг и тесен процеп. Фигура 3. прорез, разположен перпендикулярно на равнината на чертежа.
празнина дължина л е много по-голяма от ширината му б (л >> б). Нека пропаднаха процеп самолет светлина вълна. Зад процепа се приближава обектив, фокусна равнина на който се намира на екрана. Ние разделяме отворена част на повърхността на вълната на DX на групата ширина. Средни вълни, изпращани към зоните , се събират в Р. на екрана
Всеки първоначален район в точка P създава елементарни трептене електрическо поле де. L за определена амплитуда на колебание е пропорционална Da елементарен DX (DA = с DX). А алгебричната сума от амплитудите на трептенията въодушевени, че всички зони в точка P е равно на A =
фазовата разлика между вибрациите, създадени от отделни зони, образувани по пътя = х sin.
Ако колебанията фаза в зона, в средата на отвора (х = 0), взети като равно на нула, фазата на колебанието, генерирани от зона с координира х. е равна на:
Така, в точка Р, позицията на което на екрана се определя от ъгъла , основно зона с колебание координира генерира, описана както следва:
Получената трептенията в точката Р, генерирани от цялата отворена част на повърхността на вълна, ние откриваме, DE интегриране в ширината на процепа.
За всяка зона винаги ще има зона създава трептения в antiphase, те ще се изключват взаимно. Следователно, интензитетът на точките, определени от (71.3) трябва действително да бъде нула.
Имайте предвид, че sin = k / б не може да бъде по-голяма от единство и, следователно, к За много голяма разлика (б >> ) виждате екрана е светъл и ясен образ на източника на светлина, която се образува по законите на геометричната оптика. Дифракционни решетки - оптично устройство, което е колекция от голям брой равномерно разположени жлебове (жлебове, слотове, прогнози) депозирани върху плоска или вдлъбната повърхност оптичен. Има прозрачни и отразяващи решетки дифракция. В зависимост от профила на удара те могат да фокусира светлината в определена посока. Разстоянието между съответните точки на съседните слотове се нарича решетка период г. Помислете прозрачна решетка. Намира се зад обектива на решетка за събиране (Фигура 5).
Когато плоска вълна на система от паралелни слотове лъчи, различаващи се дължи на дифракция са съгласувани помежду си, и пречи образуване на фокусната равнина на модела на осветление обектив с остър максимуми. Между тези "големи" пикове образуват N един допълнителен N минимуми и максимуми две, където N брой прорези.
Както се вижда от фигурата, ъгълът определя позицията на основните пикове в фокусната равнина на лещата, определена от печалбата на вълните на смущения от съседните вторични процепи. разликата в пътя трябва да е равна на цяло число дължини на вълните
За разлика от един формира от шарката на процеп дифракция с широки дифракционни пикове в случай на дифракционна решетка на екрана се наблюдава тясна интензивност осветление максимуми, чиято широчина е по-малка от разстоянията между тях.
Този ефект е лесно разбираем от енергийни съображения: когато броят на интерфериращи греди в N пъти общия светлинен поток също се увеличава до N пъти, но интензивността на увеличенията Maxima в N 2 пъти, което е възможно само при условие, че тяхната широчина е едновременно намалява до N пъти.
Позицията на максимуми (с изключение на централната с к = 0) е дължина на вълната зависи . Следователно, решетка дифракция може да служи като спектрална диспергиращ елемент на устройството са предназначени за пространствено разлагането на теста на не-монохроматичен електромагнитно излъчване в спектъра.