Принцип Гюйгенса-френеля
Дифракція світла - у вузькому, але найбільш вживаною сенсі - огибание променями світла кордону непрозорих тіл (екранів); проникнення світла в область геометричної тіні. Найбільш рельєфно дифракція світла проявляється в областях різкої зміни щільності потоку променів: поблизу каустик, фокуса лінзи, кордонів геометричній тіні та ін. Дифракція хвиль тісно переплітається з явищами поширення і розсіяння хвиль в неоднорідних середовищах.
Дифракцією називається сукупність явищ, які спостерігаються при поширенні світла в середовищі з різкими неоднорідностями, розміри яких порівнянні з довжиною хвилі, і пов'язаних з відхиленнями від законів геометричної оптики.
Огібаніе перешкод звуковими хвилями (дифракція звукових хвиль) спостерігається нами постійно (ми чуємо звук за рогом будинку). Для спостереження дифракції світлових променів потрібні особливі умови, це пов'язано з малою довжиною світлових хвиль.
Між інтерференцією і дифракцією немає істотних фізичних відмінностей. Обидва явища полягають у перерозподілі світлового потоку в результаті суперпозиції хвиль.
Явище дифракції пояснюється за допомогою принципу Гюйгенса. згідно з яким кожна точка, до якої доходить хвиля, служить центром вторинних хвиль. а огинає цих хвиль задає положення хвильового фронту в наступний момент часу.
Нехай плоска хвиля падає нормально на отвір в непрозорому екрані (рис. 9.1). Кожна точка ділянки хвильового фронту, виділеного отвором, служить джерелом вторинних хвиль (в однорідної изотопной середовищі вони сферичні).
Побудувавши огибающую вторинних хвиль для деякого моменту часу, бачимо, що фронт хвилі заходить в область геометричної тіні, тобто хвиля огинає краю отвору.
Принцип Гюйгенса вирішує лише завдання про направлення поширення хвильового фронту, але не зачіпає питання про амплітуду і інтенсивності хвиль, що поширюються в різних напрямках.
Вирішальну роль в утвердженні хвильової природи світла зіграв О.Френель на початку XIX століття. Він пояснив явище дифракції та дав метод її кількісного розрахунку. У 1818 році він отримав премію Паризької академії за пояснення явища дифракції та метод його кількісного розрахунку.
Френель вклав в принцип Гюйгенса фізичний зміст, доповнивши його ідеєю інтерференції вторинних хвиль.
При розгляді дифракції Френель виходив з кількох основних положень, прийнятих без доказу. Сукупність цих тверджень і називається принципом Гюйгенса-Френеля.
Согласнопрінціпу Гюйгенса. кожну точку фронту хвилі можна розглядати як джерело вторинних хвиль.
Френель істотно розвинув цей принцип.
· Будь-хто вторинні джерела фронту хвилі, що виходить з одного джерела, когерентні між собою.
· Рівні за площею ділянки хвильової поверхні випромінюють рівні інтенсивності (потужності).
· Кожен вторинний джерело випромінює світло переважно в напрямку зовнішньої нормалі до хвильової поверхні в цій точці. Амплітуда вторинних хвиль в напрямку, що становить кут α з нормаллю, тим менше, чим більше кут α, і дорівнює нулю при.
· Для вторинних джерел справедливий принцип суперпозиції: випромінювання одних ділянок хвильової поверхні не впливає на випромінювання інших (якщо частина хвильової поверхні прикрити непрозорим екраном, вторинні хвилі будуть випромінюватися відкритими ділянками так, як якщо б екрана не було).
Використовуючи ці положення, Френель вже міг зробити кількісні розрахунки дифракційної картини.
Застосування інтерференції світла Метод зон Френеля