Пояснення дифракції світла - шкільні
Дифракцією світла називається явище відхилення світла від прямолінійного напрямку поширення при проходженні поблизу перешкод. Як показує досвід, світло при певних умовах може заходити в область геометричної тіні. Якщо на шляху паралельного світлового пучка розташоване кругле перешкоду (круглий диск, кулька або круглий отвір в непрозорому екрані). то на екрані, розташованому на досить великій відстані від перешкоди, з'являється дифракційна картина - система чергуються світлих і темних кілець. Якщо перешкода має лінійний характер (щілину, нитка, край екрана). то на екрані виникає система паралельних дифракційних смуг.
Дифракційні явища були добре відомі ще за часів Ньютона, але пояснити їх на основі нової теорії світла виявилося неможливим. Перше якісне пояснення явища дифракції на основі хвильових уявлень було дано англійським вченим Т. Юнгом. Незалежно від нього французький вчений О.Френель розвинув кількісну теорію дифракційних явищ (1818 г.). В основу теорії Френель поклав принцип Гюйгенса, доповнивши його ідеєю про інтерференції вторинних хвиль. Принцип Гюйгенса в його первісному вигляді дозволяв знаходити тільки положення хвильових фронтів в наступні моменти часу, тобто визначати напрям поширення хвилі. По суті, це був принцип геометричної оптики. Гіпотезу Гюйгенса про обвідної вторинних хвиль Френель замінив фізично ясним становищем, згідно з яким вторинні хвилі, приходячи в точку спостереження, интерферируют один з одним. Принцип Гюйгенса-Френеля також представляв собою певну гіпотезу, але наступний досвід підтвердив її справедливість. У ряді практично важливих випадків рішення дифракційних задач на основі цього принципу дає досить хороший результат.
Принцип Гюйгенса-Френеля. ΔS1 і ΔS2 - елементи хвильового фронту, і - нормалі.
Нехай поверхня S являє собою положення хвильового фронту в певний момент. Для того щоб визначити коливання в певній точці P, викликане хвилею, по Френелю потрібно спочатку визначити коливання, викликані в цій точці окремими вторинними хвилями, які надходили в неї від усіх елементів поверхні S (ΔS1, ΔS2 і т. Д.). і потім скласти ці коливання з урахуванням їх амплітуд і фаз. При цьому слід враховувати тільки ті елементи хвильової поверхні S, що не загороджуються якою-небудь перешкодою.
Розглянемо як приклад просту дифракційну задачу про проходження плоскої монохроматичної хвилі від віддаленого джерела через невеликий круглий отвір радіусу R в непрозорому екрані
Дифракція плоскої хвилі на екрані з круглим отвором.
Точка спостереження P знаходиться на осі симетрії на відстані L від екрану. Відповідно до принципу Гюйгенса-Френеля слід подумки заселити хвильову поверхню, збігається з площиною отвору, вторинними джерелами, хвилі від яких досягають точки P. В результаті інтерференції вторинних хвиль в точці P виникає деякий результуюче коливання, квадрат амплітуди якого (інтенсивність) потрібно визначити при заданих значеннях довжини хвилі λ, амплітуди A0 падаючої хвилі і геометрії завдання. Для полегшення розрахунку Френель запропонував розбити хвильову поверхню падаючої хвилі в місці розташування перешкоди на кільцеві зони (зони Френеля) за таким правилом: відстань від кордонів сусідніх зон до точки P повинні відрізняється на полдліни хвилі, тобто
Якщо дивитися на хвильову поверхню з точки P, то межі зон Френеля будуть являти собою концентричні кола
Так в оптиці λ <Схожі статті