34. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля и Фраунгофера. Дифракционная решётка. Физические основы голографии.

Дифракцией света наз-ется: 1)явление отклонения световых волн от прямолинейного распространения и проникновения их в область геометрической тени; 2)явление огибания световыми волнами препятствий. Впервые явление дифракции наблюдал Гримальди (итал. учёный). М/у явлениями интерференции и дифракции нет существенного различия, оба явления заключаются в перераспределении светового потока, в результате суперпозиции световых волн.

Перераспределение интенсивности, возникающее вследствие суперпозиции волн, возбужденных источниками расположенных непрерывно, принято называть дифракцией.

Различают 2-а вида дифракции:

1)если источник находится далеко, т.е. лучи, идущие от него можно считать параллельными, то говорят о дифракции параллельных лучей или дифракцией Фраунгофера;

2)дифракцию Френеля – объясняют с помощью принципа Гюйгенса. Однако данный принцип не содержит никаких сведений об амплитуде, следовательно, и об интенсивности световой волны. Данный недостаток устранил Френель, который дополнил принцип Гюйгенса об интерференции световых волн. Учёт амплитуд и фаз вторичных волн позволяет найти амплитуду, а также интенсивность результирующей волны в любой точке пространства. Развитый таким образом принцип Гюйгенса получил название принцип Гюйгенса-Френеля. Согласно принципу Гюйгенса-Френеля: каждый элемент волновой поверхности служит источником вторичной волновой волны амплитуда, которой пропорциональна величине испускающего элемента ds. Т.к. амплитуда сферической волны убывает обратно пропорционально расстоянию от источника r, то элемент ds волновой поверхности вызовет в пр-ной т-ке возбуждение. E=∫(kE₀/r)*cos(wt-kr+φ₀)ds. Как показал Френель в случаях, обладающих симметрией, нахождение амплитуды результирующего колебания может быть осуществлено обыкновенным алгебраическим или геометрическим суммированием. Для этого Френель предложил волновую сферическую поверхность от точечного источника s разбивать на кольцевые и концентрические зоны k, чтобы расстояние от краёв соседних зон до точки наблюдения отличались на λ/2. В этом случае волны от соседних зон приходят в т-ку наблюдения в противофазе и взаимно повышают друг друга.

Радиус m-той зоны Френеля: r_m=√ab/(a+b)mλ=√mλ/(1/a+1/b). Высота сферического сегмента, который выделяет m-тая зона Френеля на волновой поверхности: h_m=bmλ/(2(a+b)). Площадь произвольного m-того сегмента: s_m=2πah_m=πabmλ/(a+b).

Основные выводы(из метода зон Френеля):

1)при полностью открытом фронте волны результирующая интенсивность в данной точке=1/4 интенсивности, создаваемой в той же точке только первой зоной Френеля;

2)если площадь круглого отверстия на непрозрачном экране выбрана такой, что в ней укладывается только 1-ая зона Френеля, то интенсивность т-ки наблюдения будет в 4 раза больше, чем при полностью открытом фронте волны;

3)если закрыть все чётные(или нечётные) зоны Френеля, то результирующая интенсивность значительно возрастёт;

4)если же измен. Фазы всех чётных(или нечётных) зон Френеля на π, то интенсивность ещё больше возрастёт( в π раз).

Под дифракционной решёткой понимают систему параллельных щелей одинаковой ширины разделённых равными не прозрачными участками. d=a+b –постоянная (или период) дифракционной решётки, где а- длина непрозрачного участка, b- прозрачного участка.

d*sinφ=mλ – условие главного макс. при дифракции Фраунгофера на решётку.

b*sinφ=mλ – условие главного мин.

Дифракционная решётка явл-ся спектральным прибором. Осн. Характеристиками любого прибора: дисперсия и разрешающая способность. Дисперсия опред-ет угловое или линейное расстояние м/у 2-мя соседними спектральными линиями. Угловая дисперсия: D_угл.=dφ/dλ. Линейная дисперсия: D_лин.=dl/dλ. Разрешаюўая способность: R=λ/δλ=mN, λ=(λ₁+λ₂)/2.

При голографии используется как амплитудная, так фазовая характеристика световой волны, что даёт возможность воссоздать пространственную структуру света, т.е. создать его пространственную оптическую копию. Для практического создания голограмм необходимы источники с высокой временной и пространственной когерентностью, поэтому получение голограмм стало возможным лишь после создания лазера(1960). Основы голографии были заложены англ.физиком в 1948 г. Габором его исходная схема была усовершенствована амер. Физиками Лейтманом и Упатниексом, кот. в 1963 г. Получили первые лазерные голограммы. В 1965 г. Украинский физик Денисюк предложил оригинальный способ фиксирования голограмм на толстослойных фотоэмульсиях, что позволило получить цветное изображение.