Теоретическое введение. По современным представлениям свет имеет электромагнитную природу и обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами

По современным представлениям свет имеет электромагнитную природу и обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами. В явлениях дифракции и интерференции света проявляются волновые свойства света.

Дифракцией света называется отклонение света от прямолинейного распространения в однородной среде, когда свет, огибая препятствие, заходит в область геометрической тени.

Дифракция света наблюдается, если размеры препятствия соизмеримы с длиной волны l света.

Дифракция света всегда сопровождается интерференцией дифрагированных лучей. Поэтому, чтобы изучить дифракцию света, изучите сначала что такое интерференция света, условие максимума и минимума при интерференции либо по учебнику, либо этот материал Вы найдете в работе № 9.

Явление дифракции света может быть объяснено с помощью принципа Гюйгенса - Френеля:

каждая точка фронта распространяющейся волны является источником вторичных когерентных волн, которые могут интерферировать в любой точке пространства, в результате чего могут усиливать или гасить друг друга.

Вторичные источники являются фиктивными, и принцип Гюйгенса - Френеля служит лишь приёмом для расчетов направления распространения волн и распределения их интенсивности по различным направлениям.

Для упрощения расчета интерференции вторичных волн Френель предложил оригинальный метод разбиения волновой поверхности S на участки (зоны Френеля). Рассмотрим распространение монохроматической световой волны из точки Q (источник света) в какую-либо точку наблюдения P (см.рис.)

с

Q

O Р

с

S

Согласно принципу Гюйгенса - Френеля, действие источника Q заменяют действием воображаемых источников, расположенных на вспомогательной поверхности S, в качестве которой выбирают поверхность фронта сферической волны, идущей из Q. Поверхность S разбивают на кольцевые зоны так, чтобы расстояния от краев 2-х соседних зон до точки наблюдения Р отличались на :

; ;

Образованные таким образом равновеликие участки поверхности S называются зонами Френеля.

Очевидно, что колебания, возбуждаемые в точке Р двумя соседними зонами, противоположны по фазе, т.к. разность хода соответственных лучей от этих зон до точки наблюдения Р равна : . Поэтому при наложении эти колебания должны взаимно ослабить друг друга.

Дифракция на щели

Дифракцию параллельных лучей называют дифракцией Фраунгофера. Пусть параллельный пучок монохроматического света падает нормально на бесконечно длинную щель шириной а (а << ). Поместим за щелью собирающую линзу, а в фокальной плоскости линзы - экран. Волновая поверхность падающей волны, плоскость щели и экран параллельны друг другу.

А В

С

M N линза

экран

Падающие на щель лучи дифрагируют под углом j, собираются линзой, и на экране наблюдается результат интерференции света. Щель АВ можно разбить на зоны Френеля, параллельные краям щели. Ширина каждой зоны равна , так что оптическая разность хода лучей, проведенных от краев зоны параллельно АМ, равна . Поэтому волны, идущие от двух соседних зон, интерферируя, гасят друг друга. Таким образом, результат интерференции света в точке F зависит от того, сколько зон Френеля укладывается в щели.

Если число зон Френеля четное (N=2k) колебания от каждой пары соседних зон взаимно погасят друг друга и будет наблюдаться дифракционный минимум.

При нечетном числе зон (N=2k+1) действие одной из них окажется не компенсированным, поэтому будет наблюдаться дифракционный максимум.

Число зон определяется формулой

Тогда условия максимума и минимума будут иметь вид:

(max)

(min)

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: