Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске

Сф ерическая волна, распространяющаяся из точечного источника  , встречает на своем пути экран с круглым отверстием. Дифракционная картина наблюдается на экране   в точке  . Разобьем часть волновой поверхности   на зоны Френеля. Вид дифракционной картины будет зависеть от количества зон Френеля, укладывающихся в отверстии. Амплитуда результирующего колебания в точке   равна:  (плюс для нечетных  , минус – для четных). Дифракционная картина от круглого отверстия вблизи точки   будет иметь вид чередующихся светлых и темных колец.

Дифракция Френеля на диске:

Сферическая волна, распространяющаяся из точечного источника  , встречает на своем пути диск. Дифракционная картина наблюдается на экране   в точке  . Пусть диск закрывает   первых зон Френеля. Тогда амплитуда результирующего колебания в точке   равна:  .  Т.к. слагаемое в скобках равно 0, то . Следовательно, в точке   всегда будет светлое пятно, окруженное концентрическими светлыми и темными кольцами, а интенсивность убывает с расстоянием от центров картины.

Дифракция Фраунгофера на щели

Дифракция Фраунгофера – дифракция в параллельных лучах.

Пу сть плоская монохроматическая волна падает нормально к плоскости щели. Оптическая разность хода между двумя крайними лучами, идущими от щели равна  . Разобьем волновую поверхность на зоны Френеля. Ширина каждой зоны такая, что разность хода от краев этих зона равна  .

Также все точки фронта в плоскости щели колеблются в одинаковых фазах и имеют одинаковые амплитуды.

Из рисунка следует, что при интерференции от каждой пары соседних зон Френеля, амплитуда результирующих колебаний равна нулю, т.к. они взаимно поглощаются. Значит, если число зон Френеля четное, то наблюдается дифракционный минимум, а если нечетное, то наблюдается дифракционный максимум.

Дифракционная решётка

Дифракционная решетка - система препятствий (параллельных штрихов), сравнимых по размерам с длиной волны.

Величина d = a + b называется постоянной (периодом) дифракционной решетки, где а — ширина щели; b — ширина непрозрачной части. Угол φ - угол отклонения световых волн вследствие дифракции. Наша задача - определить, что будет наблюдаться в произвольном направлении φ - максимум или минимум. Оптическая разность хода   Из условия максимума интерференции получим:  . Следовательно:   - формула дифракционной решетки. Величина k — порядок дифракцион­ного максимума

( равен 0, ± 1, ± 2 и т.д.).

Дифракционная решетка – система параллельных щелей равной ширины, лежащих в одной плоскости и разделенных равными по ширине непрозрачными промежутками.

Суммарная дифракционная картина – результат интерференционных волн, идущих от всех щелей – в дифракционной решетке осуществляется многолучевая интерференция когерентных пучков света, идущих от всех щелей. Если ширина каждой щели – a, ширина непрозрачных участков – b, то d=a+bназывается постоянной (периодом) дифракционной решетки.

Распределение интенсивности на экране, получаемое вследствие дифракции, называется дифракционным спектром. Положение дифракционных максимумов зависит от λ. При освещении щели белым светом, центральный максимум наблюдается в виде белой полоски. Он общий для всех длин волн. Боковые максимумы радужно окрашены фиолетовым краем к центру дифракционной картины (поскольку λфиол< λкрасн).