4)Дифракція світла. Метод зон Френеля.

Дифракція розглядає процеси відхилення напрямку поширення світла від прямолінійного при зустрічі з деякими перешкодами або при відбитті від них.

Метод зон Френеля Френель запропонував оригінальний метод розбиття хвильової поверхні S на зони, що дозволив сильно спростити рішення задач (метод зон Френеля). Межею першої (центральної) зони служать точки поверхні S, що знаходяться на відстані від точки M (рис. 9.2). Точки сфери S, що знаходяться на відстанях , , і т.д. від точки M, утворюють 2, 3 і т.д. зони Френеля. Коливання, які збуджуються в точці M між двома сусідніми зонами, протилежні за фазою, оскільки різниця ходу від цих зон до точки M .

Рис. 9.2 Тому при додаванні цих коливань, вони повинні взаємно послаблювати один одного: , (9.2.2) де A - амплітуда результуючого коливання, - амплітуда коливань, порушується i-й зоною Френеля. Величина залежить від площі Si зони і кута ai між нормаллю до поверхні і прямий, спрямованої в точку M. Площа однієї зони . Звідси видно, що площа зони Френеля не залежить від номера зони i. Це означає, що при не надто великих i площі сусідніх зон однакові. У той же час із збільшенням номера зони зростає кут і, отже, зменшується інтенсивність випромінювання зони в напрямку точки M, тобто зменшується амплітуда. Вона зменшується також через збільшення відстані до точки M: . Загальне число зон Френеля, що вміщується на частини сфери, зверненої убік точки M, дуже велике. Звідси випливає, що кути між нормаллю до зони і напрямком на точку M у сусідніх зон приблизно рівні, тобто амплітуди хвиль, що приходять в точку M від сусідніх зон, приблизно рівні. Світлова хвиля поширюється прямолінійно. Фази коливань, які збуджуються сусідніми зонами, відрізняються на π. Тому амплітуда коливання від деякої m-ї зони дорівнює середньому арифметичному від амплітуд примикають до неї зон, тобто .

Тоді вираз (9.2.1) можна записати у вигляді . (9.2.2) Так як площі сусідніх зон однакові, то вирази в дужках дорівнюють нулю, значить результуюча амплітуда. Інтенсивність випромінювання. Таким чином, результуюча амплітуда, що створюється в деякій точці M всієї сферичної поверхнею, дорівнює половині амплітуди, створюваної однієї лише центральною зоною, а інтенсивність. Так як радіус центральної зони малий , отже, можна вважати, що світло від точки P до точки M поширюється прямолінійно. Якщо на шляху хвилі поставити непрозорий екран з отвором, залишає відкритою тільки центральну зону Френеля, то амплітуда в точці M дорівнюватиме. Відповідно, інтенсивність в точці M буде в 4 рази більше, ніж за відсутності екрану (тому). Інтенсивність світла збільшується, якщо закрити всі парні зони. Таким чином, принцип Гюйгенса-Френеля дозволяє пояснити прямолінійне поширення світла в однорідному середовищі. Для цього використовуються зонні пластинки - система чергуються прозорих і непрозорих кілець.