Лекции по физике

kпред. = λλ .

При λ1 = 560 нм и λ2 = 570 нм

kпред. = 570 = 57. 10

При α = 0º d ~ 10-5 м = 0,01 мм.

Реально d на 2 ÷ 3 порядка меньше.

Конец лекци по данной теме

41

Сегодня: четверг, 10 февраля 2011 г.

ДИФРАКЦИЯ СВЕТА

1.Введение

2.Принцип Гюйгенса-Френеля

3.Метод зон Френеля. Прямолинейность

распространения света по волновой теории

4.Дифракция света на круглом отверстии

5.Дифракция света на малом диске

6.Дифракция плоских световых волн на узкой

щели

7.Дифракционная решетка

8.Дисперсия и разрешающая способность дифракционной решетки

42

1. Введение

Явление дифракции так же как и явление интерференции характерно для волнового процесса. Дифракцией называют огибание волной различных препятствий, встречающихся на её пути, т.е. отклонение волны от прямолинейного распространения. Таким образом, если свет является волновым процессом, то для него должно наблюдаться явление дифракции. Действительно, специально поставленные опыты подтверждают его волновую природу.

Впервые наблюдение дифракции света было выполнено голландцем Гримальди в 1654 г.

43

Опыт Гримальди свидетельствует о нарушении закона прямолинейности распространения света.

Позже это явление исследовалось Юнгом и особенно Френелем, который первым дал теоретическое обоснование дифракции света (1817 г.).

Рис.1.

44

2. Принцип Гюйгенса-Френеля

Согласно представлениям Гюйгенса, свет по аналогии со звуком, представляет собой волны, распространяющиеся в особой среде – эфире, заполняющем все пространство, в том числе и промежутки между частицами любого вещества, которые как бы погружены в океан эфира. При этом каждя частица эфира, до которой дошли колебания становится источником вторичных (порлусферических) волн, распространяющихся в направлении вперед. Огибающая этих волн дает фронт волны в данный момент времени t. Спустя время t,фронт волны займет новое положение и т.д.

Если на пути световой волны окажется препятствие, например, в виде диафрагмы D, то, согласно закону пря45 -

Рис. 2.

46

молинейности распространения света, свет за диафрагмой должен распространяться внутри конуса с угловым раскрытием ω. Однако некоторые точки волнового фронта, например, точки M и N возбуждают колебания за пределами этого конуса, что является отступлением от закона прямолинейности распространения света.

Таким образом, явление дифракции качественно может быть объяснено на основе принципа Гюйгенса. Однако этот принцип не решает вопрос об интенсивности световых волн, распространяющихся в различных направлениях. Этот недостаток был восполнен Френелем, дополнившим принцип Гюйгенса идеей об интерференции вторичных волн.

Френель считал, что:

1. Действие источника света S в точке наблюдения47 P

Рис. 3. Рис. 4.

48

эквивалентно действию вторичных источников волнового фронта Σ. За вторичные источники можно брать бесконечно малыеи участки dσ волнового фронта Σ.

2.Световые колебания, возбуждаемые вторичными источниками в точке Р, когерентны между собой. В связи

сэтим действие источника света S в точке наблюдения Р можно рассматривать как результат интерференции световых колебаний, возбуждаемых в этой точке всеми вторичными источниками.

3.Равные по площади элементы dσ волнового фронта Σ возбуждают одинаковые по амплитуде световые колебания. Однако излучение этих элементов происходит преимущественно в направлении внешних нормалей к ним. Амплитуда колебаний, возбуждаемых в точке Р, вторичными источниками тем меньше, чем больше угол49

α, образованный направлением нормали	n к элементу dσ
и направлением радиуса-вектора rr,	проведенного из

элемента dσ в точку наблюдения да колебаний, возбуждаемых в равна нулю.

Р. При α ≥ π/2 амплитуточке Р элементом dσ,

4. Для того чтобы найти действие всего волнового фронта Σ в точке наблюдения Р нужно разделить его на элементарные участки dσ и сложить колебания, возбуждаемые этими участками в точке Р с учётом амплитуд и разностей хода. Эта задача решается весьма просто с использованием так называемого метода зон Френеля.

50