17. Жарық дифракциясы. Гюгейнс-Френель принципі. Френель әдісі.

Жарықтың дифракциясы-жарық толқындардың өлшемі толқын ұзындығымен шамалас тосқауылды орап өту құбылысы, яғни жарықтың түзу сызықты тараудан ауытқу құбылысы. Жарықтың дифракциясы оның толқындық қасиетін дәлелдейді және Гюгейнс-Френель принципі бойынша түсіндіріледі.

Гюгейнс-Френель принципі-толқындық беттін алдыңғы жағындағы әр нүктесіндегі тербелістерді табу үшін, сол нүктеге толқындық беттің барлық элементтерінен келген тербелістерді тауып, олардың амплитудалары мен фазаларын ескере отырып, зара графиктік тәсілмен қосу керек.

Френель зоналары. S₀ жарықтың көзінен шыққан толқынның М нүктесіндегі әсерін табайық. S көзінен таралған жарық толқындары сфералық толқындық бетер түзейді,сол беттің біреуі S болсын.

Френель осы толқындық бетті ойша дөңгелек зоналарға бөлген. Көршілес жатқан зоналардың М нүктесіндегі тербеліс фазалары қарама-қарсы, олай болса көршілес сфералар радиустарының бір-бірінен айырмасы –ге тең. М нүктесіндегі қорытқы тербелістердің амплитудасы А=А₀-A₁+A₂-A₃+...,(9) мұндағы А₀-орталық зонадан, ал A₁-бірінші, A₂-екінші және одан кейінгі зоналардан келген толқындар амплитудасы. Қатарлас жатқан зоналардың амплитудалары бір-бірінен айырмашылықтары аз болғандықтан, сызықты өзгереді деп алуымызғы болады, сондықтан (10), олай болса М нүктесіндегі қорытқы тербелістің амплитудасы (11).(9)ж/е (10) формулалар бойынша жақша ішіндегі амплитудалар қосындысы нольге тең. Демек, интерференция салдарынан өте көп зоналардың қорытқы тербелістерінің амплитудасы орталық зонаның әсерінен пайда болған тербеліс амплитудасының жартысына тең. Олай болса бір текті ортада еркін тараған жарық М нүктесінде түзу сызықты таралады деп қарастыруға болады.

18. Саңылаудағы жарық дифракциясы. Дифракциялық және кеңістік тор. Голография.

Дифракцилық тор-бірдей өзара параллель орналасқан саңылаулар жиынтығы. Мөлдір саңылаудын енін b, ал мөлдір емес а деп белгілесек, дифракциялық тордың периоды d=b+a өрнегімен анықталады. Торға перпендикуляр түскен толқынның дифракциясын қарастырайық.

Суреттен екі шеткі сәулесінің жол айырмасы Δ=dsin. Дифракцияланған монохромат жарықтың max шарты dsin=𝜆, m=0,1,2…

мin шарты dsin=1)𝜆

Соныменен дифракциялық торға монохроматты жарық шоғы түскенде жарық шоқтарын бөліп тұратын өте енсіз күңгірт жолақтар, яғни сызықтар пайда болады. Егер ақ жарық түссе, дифракциялық жолақтар толқын ұзындықтарына қарай қызылдан күлгін түске дейін жіктеледі. Орталық ашық жолақтан оң және сол жағында түрлі түсті жолақтар болады. Жарықтың әр түрлі түске жіктелуін дифракциялық спектрлер дейді. Дифракциялық торлар күрделі жарық құрамын зерттеу үшін пайдалынылады, оны спектрометр деп атайды. Спектрометрдің ажыратқыш қабілеті R==mn, (m=0,1,2…), n-тордағы саңылау сандары. Бұрыштық дисперсиясыQ=, к-спектрдің реттік саны. Тордың периоды d=мұндағы n=1 мм ішіндегі штрихтер саны. Оптикалық құралдар үшін объективтің ажыратқыштық қабілеттілігі R=, мұндағы

Кеңістік тордағы дифракциялық құбылыстар. Кристалдағы атомдарды көлемдік дифракциялық тор ретінде қарастыруға болады. Біз білетіндей дифракция құбылысын байқау үшін атомдардың арақашықтығы түскен толқын ұзындығымен шамалас болуға тиіс. Бұған рентген сәулелерінің толқын ұзындығы сәйкес келеді. Олай болса рентген сәулелері кристалдық тордан өткенде дифракцияланады. Егер кристал бетіне толқын ұзындығы монохроматты рентген сәулелері бұрыш жасап түссе, атомдық жазықтығында жатқан атомдардан шағылады. Шашыраған 1 және 2сәулелерінің оптикалық жолдарының айырмасы Δ=2dsin.интенсивтілігі максимум болу үшін мына шарт орындалуға тиіс 2dsin=k𝜆, k-шағылған сәулелердің реттік саны. Осы теңдеуді Вульф-Брегтер формуласы деп аталады. Берілген формула рентген сәулелерінің спектрі жайындағы ілімді және кристалл құрылымын зерртеуге мүмкіндік береді.

Голография-интерференциялық көріністерді толық жазып және оны қалыпына келтіретін ерекше тәсіл. Голография интерференция құбылысына негізделгеннен кейін қабаттасқан толқындар когерентті болуы тиіс, сондықтан лазерлерді қолданады. Фото суреттерде тек заттан шағылған толқындардың амплитудасы тіркеледі, ал кеңістік голографиясында фазада тіркелуі қажет. Сонымен голография негізі мынада:нәрседен шағылған толқындар мен оған когерентті фазасы белгілі жарық көзінен келген толқындардың интерференциясын арнаулы пластинкаға түсіріліп, голограмма алады. Лазерден шыққан сәуле шоғы екіге бөлініп, бір бөлігі айнадан пластинкаға бағытталады, ал екіншісі белгілі нәрседен шағылып пластинкаға барып, бірінші жарыұ шоғымен интерференцияланып голограмма құрайды. Пластинкадағы голограмма кескінін қайта келтіру үшін пластинканы қайта бұрынғы орнына қойып бетіне лазер шоғын түсіреміз. Сонда нәрсенің дял өзіндей жалған және нақты кескінін көреміз. Голография әдісі голографиялық электронды микроскопта, голографиялық кино мен теледидар және т.б. жерлерде қолданылады.