Дифракція світла

Характерним проявом хвильових властивостей

світла є

дифракція світла - відхилення від прямолінійного поширенняна різких неоднорідностях

середовища .

Франческо Грімальді в кінці XVII ст. Пояснення явища дифракції світла

дано Томасом Юнгом і Огюстом Френелем, які не тільки дали опис експериментів по спостереженню

явищ інтерференції і дифракції світла, але і пояснили властивість прямолінійності поширення світла з

позицій хвильової теорії.

Для виведення законів відбиття і заломлення ми використовували принцип Гюйгенса . Френель доповнив його формулювання для пояснення явища дифракції

Визначте, яке доповнення ввів Френель?

кожна точка хвильової поверхні є джерелом вторинних сферичних

хвиль

• кожна точка хвильової поверхні є джерелом вторинних сферичних хвиль,

які інтерферують між собою

Дифракціональна картина

Побудова дифракційної картини

Від круглого отвору та круглого не прозорого екрану.

а) від тонкого дрота; б) від круглого отвору; в)від круглого не прозорго екрану.

Перешкода - круглий отвір R=3.9

Перешкода - круглий отвір R=3.3

Перешкода через голку d=2.3

Перешкода-голка d=2.3

Перешкода голка d=2.3

Для того щоб знайти амплітуду світлової хвилі від точкового монохроматичного джерела світла А в довільній точці Про ізотропного середовища, треба джерело світла оточити сферою радіусом r=ct

Інтерференція хвилі від вторинних джерел, розташованих на цій поверхні, визначає амплітуду в розглянутій точці P,      тобто необхідно провести додавання когерентних коливань від усіх вторинних джерел хвильової поверхні

Так як відстані від них до точки О різні, то коливання будуть приходити в різних фазах.

     Найменша відстань від точки О до хвильової поверхні В одно r0

Перша зона Френеля обмежується точками хвильової поверхні, відстані від яких до точки О рівні :

де — довжина світлової хвилі

2rr 01

Друга зона:

     Аналогічно визначаються межі інших зон

012 r2

rr

від одного перешкоди з різним числом відкритих зон

Прилад

Інтерференційні екстремуми

Якщо різниця ходу від двох сусідніх зон дорівнює половині довжини хвилі, то коливання від них приходять в точку

О в протилежних фазах і спостерігається інтерференційний мінімум, якщо різниця ходу дорівнює довжині хвилі, то спостерігається

інтерференційний максимум

Таким чином, якщо на перешкоді укладається ціле число довжин

хвиль, то вони гасять один одного і в даній точці

спостерігається мінімум (темна пляма). Якщо непарне число

півхвиль, то спостерігається максимум (світла пляма)

На цьому принципі засновані т.зв. зонні пластинки

Получене зображення за допомогою зонної пластинки.

Дифракція відбувається на предметах будь-яких розмірів, а не тільки порівнянних з

довжиною хвилі

Умови спостереження дифракції

Труднощі спостереження полягають в тому, що внаслідок малості довжини світлової хвилі

інтерференційні максимуми розташовуються дуже близько

один до одного, а їх інтенсивність швидко убуває

Границі застосування геометричної оптики

Дифракція спостерігається добре на відстані

Якщо, то дифракція невидно і виходить різка тінь (d - діаметр екрану).

Ці співвідношення визначають межі застосування геометричної оптики

2dL

2dL

Границі застосування

геометричної оптики

Якщо спостереження ведеться на

відстані, де d-розмір предмета, то

починають проявлятися хвильові

властивості світла

2dL

Співвідношення довжини

хвилі і розміру перешкоди На рис. показана приблизна залежність результатів досвіду

з розповсюдження хвиль в залежності від співвідношення

розмірів перешкоди і довжини хвилі .

від різних точок предмета перекриваються, і зображення змащується, тому прилад не

виділяє окремі деталі предмета. Дифракція встановлює межу

роздільної здатності будь-якого оптичного приладу

приблизно дорівнює одній кутовий хвилині:

  де D - діаметр зіниці; телескопа = 0,02'';

у мікроскопа збільшення не більше 2.103 разів.

Можна бачити предмети, розміри якихсумірні з довжиною світлової хвилі

D

Дифракційні решітки, що представляють собою точну

систему штрихів деякого профілю, нанесену на плоску або

увігнуту оптичну поверхню, застосовуються в спектральному

приладобудуванні, лазерах, метрологічних заходи малої

довжини і т.д

• Величина d = a + b називається постійної (періодом) дифракційної решітки, де а - ширина щілини; b - ширина непрозорої частини

• Кут - кут відхилення світлових хвиль

внаслідок дифракції.Наша задача -

визначити, що буде спостерігатися в

довільному напрямку - максимум чи мінімум

• Оптична різниця ходуЗ умови максимуму інтерференції отримаємо :

sindACd

kd

• Отже:

• - Формула дифракційної

решітки.Величина k - порядок

дифракційного максимуму

(Дорівнює 0,1, 2 і т.д.)

ksind

кута малости види

y

x sin то

x,MN y,ОМ

.k

sin d

,y

x

tg

Якщо

ky

xd

tg

Італійський учений. З 1651 року - священик.Відкрив дифракцію світла, систематично її вивчав і сформулював деякі правила. Описав сонячний спектр, отриманий за допомогою призми. У 1662 р. визначив величину поверхні Землі.

Френель Огюст Жан (10.V.1788 - 14.VII.1827)

Французький фізик. Наукові праці присвячені фізичної оптики.Доповнив відомий принцип Гюйгенса, увівши так звані зони Френеля (принцип Гюйгенса - Френеля). Розробив у 1818 році теорію дифракції світла.

Англійський учений. Поліглот. Навчився читати в 2 роки. Пояснив акомодацію ока, виявив інтерференцію звуку, пояснив інтерференцію світла, і ввів цей термін. Виміряв довжини хвиль світлових променів. досліджував деформацію

Араго Доменик Франсуа(26.II.1786-2.X.1853)

Французький фізик і політичний діяч. Автор багатьох відкриттів з оптики і електромагнетизму: хроматичну поляризацію світла, обертання площини поляризації, намагнічування ошурок поблизу провідника зі струмом. Встановив зв'язок полярних сяйв з магнітними бурями. За його вказівками А. Фізо і У.Фуко виміряли швидкість світла, а У.Леверье відкрив планету Нептун

Фраунгофер Йозеф (6.III.1787- 7.VI.1826)

Німецький фізик.       Наукові роботи відносяться до фізичної оптики. Вніс істотний вклад у дослідження дисперсії і створення ахроматичних лінз. Фраунгофер вивчав дифракцію в паралельних променях (так звана дифракція Фраунгофера). Спочатку від однієї щілини, а потім від багатьох. Великою заслугою вченого є використання (з 1821 року) дифракційних решіток для дослідження спектрів (деякі дослідники вважають його навіть винахідником першої дифракційної решітки)

Пуассон Семион Дени (21.VI.1781 - 25.IV.1840)

Французький механік, математик, фізик, член Паризької академії наук (з 1812 року). Фізичні дослідження відносяться до магнетизму, капілярності, теорії пружності, гідромеханіки, теорії коливань, теорії світла. Член Петербурзької академії наук (з 1826 року)

Підготувала

Учениця 11 класу

Макарова Анастасія