Дифракция от одной щели

Пусть на длинную щель шириной a падает плоская волна (рис.22). Плоскость фронта волны параллельна плоскости щели. Когда фронт дойдет до щели и займет положение АВ, то все его точки станут новыми источниками волн, распространяющими свет во все стороны от щели. Рассмотрим лучи, идущие под углом  к первоначальному направлению. После прохождения через линзу L эти лучи соберутся в одной точке в фокальной плоскости линзы. Поставив в эту плоскость экран E, можно на нем наблюдать результат интерференции волн, распространяющихся под разными углами.

Для расчета результата интерференции разобьем фонт волны на зоны Френеля. Опустим из точки B перпендикуляр BС на луч, идущий от точки A. Разделим AС на отрезки длиной /2. На AС уложится n = таких отрезков. Проведя из концов этих отрезков линии, параллельные BС, до встречи с АВ, мы разобьем щель на n полосок одинаковой ширины. Эти полоски и являются зонами Френеля. Волны от полосок, находящихся рядом, идут в точку наблюдения с разностью хода /2 и поэтому гасят друг друга. Если в некотором направлении число зон окажется четным, то на экране будет минимум освещенности. Условие минимума определится из условия

asin_мин = 2k/2 = k.

В промежутках между минимумами будут максимумы, направление на которые определится из условия

asin_мах = (2k + 1)/2.

Центральный, наиболее яркий максимум будет расположен против центра щели. По обе его стороны интенсивность света вначале будет спадать до первого минимума, а затем возрастать до следующего максимума и т.д.

Если щель узкая (а  /2), то вся поверхность щели будет одной зоной при всех углах. Условие минимума станет выполнить невозможно, и свет достигнет всех точек экрана.

Дифракционная решетка

Для разделения цветов применяют дифракционные решетки.

Дифракционная решетка представляет собой ряд параллельных щелей одинаковой ширины а, разделенных непрозрачными промежутками шириной b. Сумма а + b = d называется периодом решетки.

Пусть плоская монохроматическая волна падает на решетку (рис.23). Каждая щель дает на экране дифракционную картину, т.е. посылает свет по всем направлениям. На центральной линии экрана все N лучей сходятся в одинаковой фазе, их амплитуды складываются, и интенсивность центральной полосы будет в N² раз больше, чем для одной щели.

Рассмотрим две соседние щели. Лучи, идущие от двух соответственных точек в направлении , имеют одну и туже разность хода =dsin. Резкое возрастание амплитуды будет по тем направлениям, для которых разность хода кратна целому числу длин волн:

dsin = k, где k =  1,  2,  3, …

Это условие определяет положение главных максимумов дифракционной решетки. Интенсивность главных максимумов в N² раз больше интенсивности, даваемой одной щелью. Между главными максимумами располагаются побочные, которые имеют гораздо меньшую интенсивность.

Лекция 6. Поляризация света

Пусть монохроматическая волна распространяется вдоль оси x (рис.24). Рассмотрим состояние векторов в некоторый момент времени. Векторы электрического и магнитного полей колеблются во взаимно перпендикулярных плоскостях. В точках, где один вектор достигает максимального значения, другой также имеет максимальное значение.

Плоскость, в которой происходит колебание вектора напряженности электрического поля, называется плоскостью колебаний. Перпендикулярная к ней плоскость, в которой колеблется вектор напряженности магнитного поля, называется плоскостью поляризации. Луч, изображенный на рисунке называется плоско поляризованным. При распространении такого луча плоскость колебаний вектора не меняется. Однако луч может быть поляризован по эллипсу или кругу. В этом случае концы векторов электромагнитного поля будут вращаться в пространстве.

Естественный свет, т.е. свет, испущенный естественным источником, не поляризован. Векторы и в каждой точке непрерывно и хаотически изменяют свое направление. Любая неполяризованная световая волна может быть представлена в виде суммы двух волн со взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации.