difracția undelor

Difracția luminii

În prelegerea 2 ne-am uitat la fenomenul de redistribuire a intensității luminii, ca urmare a suprapunerii undelor. Acest fenomen numim interferență și considerat un model de interferență din două surse. Acest curs - o continuare directă a celui anterior. nu există nici o diferență semnificativă între fizică interferență și difracție. Ambele fenomene sunt la redistribuirea fluxului de lumină, ca urmare a superpoziție a undelor.

Din motive istorice, intensitatea redistribuție care rezultă din suprapunerea undelor generate de un număr finit de surse coerente discrete se numește interferență. Redistribuția intensitate care rezultă din suprapunerea undelor excitate de surse coerente aranjate numite în mod continuu undele de difracție. (Atunci când sursa este mic, de exemplu. Doi, rezultatul acțiunii lor comune este de obicei numită interferență, iar în cazul în care sursele sunt multe, de multe ori vorbești despre difracție.)

Difracția este orice propagare deviere aproape de obstacole cu legile opticii geometrice.

În optica geometrice utilizează conceptul unui fascicul de lumină - un fascicul îngust de a se deplasa lumina într-o linie dreaptă. Rectitudinea de propagare a luminii este explicată prin teoria lui Newton și este confirmată de prezența umbrelor din spatele sursei opace situată în direcția luminii de la sursa punct. Dar - o contradicție cu teoria ondulatorie, din moment ce pe principiul Huygens fiecare punct al undei poate fi privit ca o sursă de unde secundare se propagă în toate direcțiile, inclusiv în regiunea umbrei geometrice a unui obstacol (val trebuie să se aplece în jurul valorii de obstacole). Cum pot apărea umbra? Teoria Huygens nu a putut da un răspuns. Dar teoria lui Newton nu a putut explica fenomenul de interferență și încălcarea legii propagarea rectilinie a luminii atunci când lumina trece printr-un fante destul de înguste și găuri, precum și în acoperirea barierelor mici netransparente.

În aceste cazuri, ecranul instalat în spatele găuri sau obstacole, în loc de zone clar delimitate de lumină și umbră sistem de observat interferenta maxima si minime condițiile de iluminare. Chiar și pentru obstacole și găuri având o dimensiune mare, există o tranziție bruscă de la umbră la lumină. Există întotdeauna o regiune de tranziție în care este posibil pentru a detecta interferenta maxima slabe si minime. E. trecerea undelor in apropiere de limitele organismelor opace sau transparente, prin găuri mici, etc. valuri se abat de la propagarea rectilinie (legile opticii geometrice), iar aceste abateri sunt însoțite de fenomene de interferență.

1) valuri de difractie - o caracteristică a propagării undei, indiferent de natura lor.

2) Valurile pot intra în umbra geometrică (îndoiți în jurul valorii de obstacole, să pătrundă prin găuri mici în ecranele ...). Ex. sunet clar auzit peste colțul casei - val de sunet merge în jurul ei. Difracția undelor radio în jurul suprafeței pământului se datorează recepția semnalelor radio în domeniul undelor radio, medii și lungi dincolo de linia de vedere a antenei emițătoare.

3) Valurile de difracție depinde de raportul dintre lungimea de undă și mărimea difracția care cauzează obiectului. În limita legilor opticii val se deplasează la legile abaterilor optice geometrice de la legile opticii geometrice este mai mică, cu atât mai scurtă lungimea de undă, ceteris paribus. Prin urmare, este ușor de observat difracției undelor sonore, seismice și radio, pentru care

din metri în kilometri; mult mai greu de observat, fără dispozitive speciale difracției luminii. Difracția se găsește în cazurile în care dimensiunea barierelor plic comparabile cu lungimea de undă.

Difracția luminii a fost descoperit în secolul al 17-lea. fizician italian și astronom F. Grimaldi și a fost explicată la începutul secolului al 19-lea. fizician franceză A. Fresnel. care a fost una dintre dovezile principale ale naturii val de lumină.

Fenomenul difracției poate fi explicat prin principiul Huygens-Fresnel.

Principiul Huygens, fiecare punct la care val vine în acest moment, servește ca un centru al undelor secundare (elementare). Plicul acestor unde dă poziția frontului de undă în clipa următoare.

1) este un val plan;

2) cu privire la incidentul de lumină de deschidere în mod normal;

3) ecran opac; materialul ecran este considerat ca o primă aproximare, care nu joacă nici un rol;

4) val propagates într-un mediu izotrop omogen;

5) wavelet inverse nu ar trebui să fie luate în considerare.

Conform Huygens, fiecare punct al porțiunii găurii wavefront emisă servește ca sursă de valuri secundare (într-un mediu omogen izotrop sunt sferice). Prin construirea plicului valurilor secundare pentru o anumită perioadă de timp, vedem că frontul de undă intră în regiunea umbrei geometrice, adică, valul trece în jurul valorii de marginea orificiului - .. difracție observat - lumina este un proces val.

Concluzii: Huygens principiul

1) este o metodă geometrică de construire a unui front de undă;

2) rezolvă problema direcției de propagare a Wavefront;

3) dă o explicație a propagării undei, acord cu legile opticii geometrice;

4) simplifică sarcina de a determina efectul tuturor proceselor val, este realizat într-un spațiu pe un punct, reducându-l la etapele de calcul în punctul dat arbitrar ales suprafața de undă.

5), dar: este valabilă, cu condiția ca lungimea de undă este mult mai mică decât dimensiunile Wavefront;

6) nu afectează problema amploarea și intensitatea valurilor se propagă în direcții diferite.

Principiul Huygens este completat de Fresnel

Huygens-Fresnel Principiu: tulburări de undă la un punct P poate fi considerată ca un rezultat secundar al interferenței undei coerente emisă de fiecare element al unui val de suprafață.

1) Rezultatul undelor de interferență secundare elementare depinde de direcția.

2) Surse secundare yavl. fictive. Ele pot servi ca un infinit de mici elemente de orice suprafață închisă care înconjoară sursa. De obicei, suprafața este selectată dintre una suprafețe de undă, toate sursele fictive operează în fază.

1) exclud posibilitatea apariției undelor secundare inverse;

2) a sugerat că, dacă între sursă și punctul de observație este opac având o deschidere pe suprafața ecranului amplitudinii undelor secundare este zero, iar în gaura - la fel ca și în absența ecranului.

Concluzie: Principiul Huygens-Fresnel este recepția pentru calcularea direcția de propagare a undei și distribuția de intensitate (amplitudine) în direcții diferite.

1) Reduceri pentru amplitudinile și fazele undelor secundare permite ca, în fiecare caz, pentru a găsi amplitudinea (intensitatea) a undei rezultante în orice punct din spațiu. Amplitudinea undei care trece ecranul este determinat prin calcul la punctul de observare a undelor de interferență secundare din surse secundare aranjate în ecranul de deschidere.

2) soluție matematic riguroasă a problemelor de difracție bazate pe ecuația undelor cu condiții la limită în funcție de natura obstacolelor este dificultăți excepționale. Se aplica metode aproximative de soluție, de exemplu. Metoda zonelor Fresnel.

3) Principiul Huygens-Fresnel în cadrul teoriei val explică propagarea rectilinie a luminii.