difracția Vvededie și intervenție
Lumina este partea a radiației electromagnetice care este percepută de ochiul uman (400 -760 nm).
Toate micro-obiecte atât inerente și a valurilor caracteristici. Este o proprietate universală a naturii a fost numită dualitatea undă-particulă. Prima dualitate undă-particulă a fost stabilit pentru fotoni.
Proprietățile val de lumină ne permite să dea o explicație a fenomenului de difracție, interferență, polarizare. În același timp, emisia de procese fotoelectronilor, radiația termică nu poate fi explicată fără a implica prezentarea luminii ca fluxul de particule - de fotoni.
Convențional, optică (studiul luminii) poate fi împărțită în două părți: unda si cuantic.
Introducere pe 71. Interferența și difracția luminii
Din punctul de vedere al undei de lumină este o undă electromagnetică; propagarea oscilațiilor este conectat între câmpurile electrice și magnetice. Fig. 1 este o undă monocromatică într-un mediu non-conductive.
Spre deosebire de undele elastice, undele electromagnetice se pot propaga în vid, la fiecare punct în spațiu, la un anumit moment al vectorului electric
Viteza de propagare a luminii în vid c este de 3 până la 10 cm / s.
Din cauza relației unice dintre vectorii
Să presupunem că, în orice punct în spațiu are loc adăugarea a două valuri de aceeași frecvență și vectorii
vectorii module
În conformitate cu principiul superpoziției intensității câmpului rezultant
In experiment, a înregistrat în general intensitatea undei de lumină care I. pentru undele plane sau sferice este proporțională cu
,
unde = 1 2. Dacă diferența dintre undele care interacționează fază nu se modifică în timp, în acele puncte pentru care cos> 0, intensitatea luminii depășește intensitatea totală a I1 + I2. și în punctele în care cos <0, она меньше I1 + I2. То есть в этом случае произойдет перераспределение светового потока в пространстве, в результате чего в одних местах возникнут максимумы освещенности, в других - минимумы.
Acest fenomen se numește interferență. În general, unda interferență este redistribuirea spațială a intensității undei rezultante în funcție de comportamentul în timp a amplitudinilor, faze, frecvențele, direcțiile de polarizare ale interferarea condiție stabilă voln.Neobhodimym pentru existența timpului modelul de interferență este flux constant al proceselor suprapuse undelor de vibrație. În acest scop, este necesar ca aceste unde au aceeași frecvență (1 = 2) și o diferență de fază constantă ( = const). Astfel de valuri sunt numite coerente.
interferența se manifestă cel mai clar atunci când cele două valuri au aceeași polarizare, și intensitățile lor sunt I1 = I2. apoi maximele de intensitate a luminii este egală cu de patru ori 'I originală = 4I1. iar minimele I = 0.
În cazul undelor incoerente, cum ar fi o schimbare continuă a diferenței de fază = 1 2. primind cu probabilitate egală cu privire la orice valoare, cos valoarea medie va fi zero, iar intensitatea rezultantă I = I1 + I2. adică, termenul de interferență
unde pot fi obținute coerente prin divizarea (folosind refracție sau reflexie) undele emise de o sursă punctiformă. Dacă aceste unde vor fi cale optică diferită, atunci când sunt urmate de aplicarea se va observa model de interferență.
Lăsați separarea val are loc la punctul O, și să îndeplinească valul de la punctul P (fig. 2) Valul 1 se extinde într-un mediu cu un indice de refracție traseu n1 S1. și 2 val într-un mediu cu calea n2 S2. atunci diferența de fază valuri oscilație 1 și 2 la P:
,
Magnitudinea = (n2S2-n1S1) se numește diferența cale optică. Se poate arăta că
Vedem că la = m , unde m = 0,1,2. oscilații apar la punctul P cu aceeași fază, adică, există interferență maximă. Dacă = (2m + 1) / 2, atunci există un minim la punctul P.
Abaterea de la propagarea rectilinie a luminii într-un mediu cu neregularități ascuțite (de exemplu, organisme limite la diafragme mici) nazyvaetsyaDIFRAKTsIEY. Difracția provoacă trecerea undelor de lumină în jurul valorii de obstacole și pătrunderea parțială a luminii în umbra geometrică. Pentru a explica fenomenul de difracție sunt principiul Huygens, potrivit căreia fiecare punct al Wavefront este o sursă secundară de valuri sferice, și dă rezultatul suprafeței lor de undă de interferență în momentele ulterioare. In caz valuri nelimitate secundare de suprafață de undă pentru orice direcție (cu excepția rectilinie) datorită interferenței se anulează reciproc, deoarece fiecare element de suprafață val Q1 există întotdeauna același în elementul dimensiune Q2. val secundar de la care, în acest domeniu rămâne în urmă în / 2, adică creează o fluctuație în care apar opus față de fluctuația Q1.
Dacă suprafața de undă este parțial delimitată, undele secundare emise în anumite direcții elemente deschise finale nu blanked. Este evident că natura fenomenelor de interferență și difracție a aceluiași. Ambele fenomene sunt la redistribuirea fluxului de lumină, ca urmare a superpoziție a undelor. Punct de vedere istoric că redistribuirea intensității care rezultă din suprapunerea undelor emise de un număr finit de surse coerente discrete, numite de obicei interferențe. Redistribuirea intensitate care rezultă ca urmare a superpoziție undelor emise surse coerente aranjate numite în mod continuu difracției. Prin urmare, spun ei, de exemplu, un model de interferență a două fante înguste și model de difracție dintr-o singură fantă.
Există două tipuri simple de difracție. Difracția în raze paralele, numita difracție Fraunhofer, și difracția undelor sferice difracției Fresnel.
Luați în considerare difracție Fraunhofer la o fantă lungă și îngustă. Figura 3. o fantă dispusă perpendicular pe planul desenului.
decalaj lungime l este mult mai mare decât lățimea b sale (l >> b). Să cade pe unda fantei planului de lumină. În spatele fantei este convergent de lentile, un plan focal, care este situat pe ecran. Vom împărți porțiunea deschisă a suprafeței de undă pe dx lățime de bandă. Undele secundare trimise spre zonele , sunt colectate în R. ecran
Fiecare zonă elementară de la punctul P creează elementar de oscilație câmp electric dE. L pentru o amplitudine fixă de oscilație este proporțională cu dx elementară dA (dA = c dx). Suma algebrică a amplitudinile oscilațiilor excitate de toate zonele de la un punct P este egal cu A =
Diferența de fază dintre vibrațiile create de zone separate formate pe calea = x sin.
Dacă fluctuația de fază într-o zonă în mijlocul fantei (x = 0), considerat ca fiind egal cu zero, faza oscilației generată de o zonă cu coordonate x. este egal cu:
Astfel, la punctul P, poziția care pe ecran este determinată de unghiul , o zonă elementară cu o oscilație de coordonate generează, descrise după cum urmează:
Oscilația rezultată în punctul P generat de întreaga porțiune deschisă a suprafeței de undă, descoperim dE integrarea pe lățimea gap.
Pentru fiecare zonă vor exista întotdeauna o zonă creează oscilații în antifază, acestea se vor anula reciproc. În consecință, intensitatea la punctele definite de (71.3) ar trebui să fie de fapt zero.
Rețineți că sin = k / b nu poate fi mai mare decât unitatea și, prin urmare, k Pentru un (b >>) foarte larg decalaj vedea ecranul este imagine luminoasă și clară a sursei de lumină care se formează în conformitate cu legile opticii geometrice. Grătare difracției - un dispozitiv optic, care este o colecție de un număr mare de caneluri distanțate regulat (caneluri, fante, proiecții) depuse pe o suprafață optică plană sau concavă. Există rețele de difracție transparente și reflectorizante. În funcție de profilul de accident vascular cerebral se pot concentra lumina într-o anumită direcție. Distanța dintre punctele corespunzătoare din fante adiacente se numește o perioadă de grilaj d. Luați în considerare un grilaj transparent. Situat în spatele lentilei grila de colectare (Figura 5).
Când un val de avion pe un sistem de fante paralele lumina grinzi divergente datorită difracției sunt coerente între ele, și interferează formarea unui plan focal al modelului de iluminare lentilă cu maximele ascuțite. Între aceste vârfuri „majore“ formate N 1 suplimentar minimele N și două maxime, în cazul în care numărul de N de fante.
După cum se vede din figură, unghiul determină poziția vârfurilor majore în planul focal al lentilei, determinată de amplificarea undelor de interferență din fante secundare adiacente. Diferența cale ar trebui să fie egală cu un număr întreg de lungimi de undă
Spre deosebire de unul format prin modelul de difracție cu fantă cu vârfuri de difracție largi în cazul rețelei de difracție de pe ecran sunt observate maxima intensitate de iluminare îngustă a cărei lățime este mult mai mică decât distanțele dintre ele.
Acest efect este ușor de înțeles din considerente energetice: când numărul fasciculelor de interferență la N ori fluxul total luminos este, de asemenea, a crescut la N ori, dar intensitatea la creșterile maxima in N 2 ori, ceea ce este posibil numai cu condiția ca lățimea lor este redusă simultan N ori.
Poziția maximelor (cu excepția centrală cu k = 0) este de lungime de undă dependentă. De aceea, un grilaj de difracție poate servi ca un element de dispersie spectrală a dispozitivului destinat pentru descompunerea spațială a testului radiațiilor electromagnetice non-monocromatică în spectru.