Контрольні питання

1. Дайте визначення монохроматичної і когерентної хвилі?

2. Дайте визначення явищу інтерференції. За яких умов воно відбувається?

3. За якої умови можна спостерігати в даній точці середовища посилення інтенсивності світла? послаблення інтенсивності світла?

4. Сформулюйте принцип Гюйгенса.

5. Яке практичне використання має явище інтерференції?

Дифракція світла. Принцип Гюйгенса – Френеля.

Дифракція світла – оптичне явище, пов’язане із зміною напряму поширення світлових хвиль (порівняно з напрямом, передбаченим геометричною оптикою) та з просторовим перерозподілом їх інтенсивності під впливом перешкод і неоднорідностей середовища на їхньому шляху.

У 1815 р. О.Френель доповнив принцип Гюйгенса твердженням про те, що вторинні джерела когерентні між собою і інтерферують.

Принцип Гюйгенса – Френеля: кожна точка середовища, до якої дійшло хвильове збурення є джерелом вторинних сферичних хвиль, які інтерферують між собою. Фронт хвилі в наступну мить визначається як огинаюча поверхня цих елементарних хвиль.

Дифракційні явища за своїм характером поділяються на два великих класи, а саме: дифракційні явища Френеля і дифракційні явища Фраунгофера, в залежності від співвідношення відстаней від перешкоди до джерела і від перешкоди до екрана. Між дифракцією Фраунгофера і Френеля не існує принципової різниці і різкої межі.

Дифракцію Френеля спостерігають, якщо відстань від перешкоди до джерела і відстань від перешкоди до екрана не дуже великі (дифракція в непаралельних променях). Дифракцію Френеля спостерігають на круглому отворі, на круглому екрані, на краю напівобмеженого плоского екрану.

Дифракція Фраунгофера – дифракція світла, що спостерігається на таких відстанях, для яких кутові розміри оптичних неоднорідностей набагато менші ніж відношення довжини світлової хвилі до лінійних розмірів цих неоднорідностей (дифракція в паралельних променях).

Дифракційні явища Фраунгофера мають в оптиці більш практичне значення. Основне завдання у вивченні цієї дифракції полягає в знаходженні розподілу інтенсивності на екрані спостереження дифракційної картини залежно від кута дифракції. Найбільш практичне застосування мають дифракції плоскої хвилі від прямокутного і круглого отворів.

Дифракційна гратка – пристрій, що має велику кількість однакових паралельних щілин, розміщених на рівних відстанях одна від одної в одній або різних площинах. Якщо вони розміщені в одній площині, то гратка називається плоскою. На скляних дифракційних гратках спостереження можна проводити в прохідному та у відбитому світлі, а на металевих – тільки у відбитому.

Дифракційна гратка в загальному вигляді – це будь – яка структура, що має просторову періодичність. Коли періодичність структури проявляється в одному напрямі, то гратка називається лінійною, якщо у двох або в трьох напрямах – відповідно двовимірними, тривимірними.

Умовою спостереження дифракційного максимума є . (Формула Вульфа – Брегга).

Здатність гратки розкладати світло у спектр ґрунтується на тому, що максимумами навіть одного і того самого порядку для різних довжин хвиль розміщені в різних місцях, тому гратку використовують в спектральних приладах.

Фазові гратки можуть бути як пропускні так і відбивні.

Явище дифракції накладає обмеження на значення роздільних здатностей оптичних приладів, використовується в принципі одержання голограм.

Голографія ґрунтується на основних законах інтерференції і дифракції. Голографію використовують для запису та збереження хвильових процесів, в дефектоскопії, при вивчені рельєфу морського дна, звуколокації, пошуках корисних копалин, дослідження структури земної кори, для дослідження процесів, що відбуваються при великих швидкостях, в образотворчому мистецтві, в медицині, рентгенівській та ультразвуковій дефектоскопії.