2 3.1 Явище дифракції світла. Зони Френеля

Явище дифракції світла

1. Знайомство з явищем: дифракцію досить легко спостерігати в природних умовах. Наприклад, якщо подивитися увечері на ліхтарі крізь прозору тканину або, примруживши очі, подивитися на яскраве джерело світла, то можна побачити веселку. Але найкраще спостерігається дифракція на дифракційних решітках. Приклади дифракції (Рисунок 23.1).

2. Визначення явища. Явище огинання світлом перешкод, при якому спостерігається відхилення від прямолінійності поширення світла, називають дифракцією світла.

3. Умови виникнення явища: Критерієм дифракції є число m. Якщо:

- то мова йде про дифракцію Фраунгофера,

- то мова йде про дифракцію Френеля,

- то дифракція не спостерігається, це значення m називають межею застосування геометричної оптики.

4. Математичний опис явища. , де d – розміри об’єкта, на якому спостерігається дифракція, L – відстань від об’єкта до точки спостереження дифракції, λ – довжина світлової хвилі.

5. Пояснення явища. Явище пояснюють за допомогою принципу Гюйгенса - Френеля. Точки простору, до яких дійшло збудження (фронт хвилі), самі стають джерелом елементарних хвиль. Наступний фронт хвилі є результат накладання елементарних хвиль (Рисунок 23.2)

* Дифракція накладає обмеження на роздільну здатність оптичних приладів, наприклад, мікроскопів. Об'єкти, розміри яких менші за довжину хвилі видимого світла (400 – 760 нм), неможливо розглянути в оптичний мікроскоп.

2 3.2 Дифракція Фраунгофера. Дифракція Фраунгофера на двох щілинах

Дифракція Фраунгофера.

Знайомство з явищем. Дифракційні явища Фраунгофера мають велике практичне значення, лежать в основі принципу дії багатьох спектральних приладів, зокрема, дифракційних решіток. Критерій дифракції Фраунгофера .

2. Визначення. Дифракція Фраунгофера – це дифракція плоских світлових хвиль, коли джерело світла й точка спостереження нескінченно віддалені від перешкоди, яку огинають хвилі.

3. Для здійснення дифракції Фраунгофера потрібно джерело світла S₀ помістити у фокусі F₁ збиральної лінзи L₁, а дифракційну картину досліджувати у фокальній площині F₂ другої збиральної лінзи L₂, установленої за перешкодою (Рисунок 23.3).

4. ….

5. Дифракцію Фраунгофера на одній щілині або отворі можна описати методом зон Френеля, а на кількох щілинах за принципом Гюйгенса - Френеля.

Дифракція Фраунгофера на двох щілинах

Н ехай плоска монохроматична хвиля падає нормально на поверхню, що містить дві щілини розмірами BC=DP=a і CD=b; d=a+b (Рисунок 23.4). Коливання в усіх точках щілин відбуваються в одній фазі, оскільки ці точки лежать на тій самій хвильовій поверхні. Знайдемо результуючу амплітуду коливань у точці F_φ екрана Е, у якій збираються промені від двох щілин, що падають на лінзу L під кутом  до її оптичної осі ОF₀. Якщо різниця ходу променів, що посилаються двома сусідніми щілинами становить де (k=1, 2, 3…), то будуть спостерігатися максимуми інтенсивності. Якщо ж різниця ходу променів становить (k=1, 2, 3…), то будуть спостерігатися мінімуми інтенсивності.