31

Лекция 14 Дифракция света

Дифракцией называют совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в среде с резкими неоднородностями и связанных с отклонениями от законов геометрической оптики.

Между интерференцией и дифракцией нет существенного физического различия. Оба явления заключаются в перераспределении светового потока в результате суперпозиции волн.

Перераспределение интенсивности, возникающее в результате суперпозиции волн, возбуждаемых конечным числом дискретных когерентных источников, принято называть интерференцией, а перераспределение интенсивности, возникающее вследствие суперпозиции волн, возбуждаемых когерентными источниками, расположенными непрерывно, принято называть дифракцией волн.

Если лучи от источника света S, падающие на препятствие и лучи, идущие в точку наблюдения Р, образуют практически параллельные пучки, то говорят о дифракции Фраунгофера (дифракция в параллельных лучах). В случае непараллельных лучей между препятствием и экраном говорят о дифракции Френеля.

Гюйгенспредложил каждую точку среды, которой достигла волна, рассматривать как источник вторичных сферических волн, распространяющихся по всем направлениям со скоростью, свойственной среде.

Огибающая поверхность, т.е. поверхность, касающаяся всех сферических вторичных волн в том положении, которого они достигнут к моменту времени t, представляет собой волновой фронт в этот момент.

При применении принципа Гюйгенса центры вторичных волн можно выбирать наиболее удобным для решения конкретной задачи способом.

Френель, заимствовав из принципа Гюйгенса представление о вторичных волнах, применил к ним законы интерференции, т.е. при использовании принципа Гюйгенса-Френеля для рассмотрения конкретной задачи используется информация не только об амплитуде вторичных волн, но и о их фазе. Правило построения огибающей заменяется расчётом взаимной интерференции вторичных волн.

Рассмотрим преградуN с некоторым отверстием, через которое проходит свет от точечного монохроматического источника Р₀ и определим напряжённость электрического поля Е в любой точке Р за преградой.

Каждый элемент волновой поверхностислужит источником вторичной световой волны, амплитуда которой пропорциональна величине элемента.

Амплитуда сферической волны убывает с расстоянием от источника по закону

.

Следовательно, от каждого участка световой поверхности в точку Р, лежащую перед этой поверхностью, приходит колебание

, где

фаза колебаний в месте расположения волновой поверхности ;

расстояние от до точкиР;

волновое число.

Коэффициент К зависит от угла между нормальюк элементуи направлением отк точкеР, и монотонно убывает с ростом угла .

Множитель определяется амплитудой светового колебания в том месте, где находится.

Результирующее колебание в т. Р представляет собой суперпозицию колебаний взятых для всей волновой поверхности :

.

Суть принципа Гюйгенса-Френеля в следующем: для определения колебания в точке Р, лежащей перед некоторой поверхностью , надо найти колебания, приходящие в эту точку от всех элементов поверхности и затем сложить их с учётом амплитуд и фаз. При этом предполагается, что все элементы поверхности взаимно когерентны.

Принципа Гюйгенса-Френеля можно представить в простой и наглядной форме с помощьювекторной (фазовой) диаграммы:

Результирующая амплитуда (вектор ) представлена как векторная сумма амплитудколебаний в т.Р от различных элементов поверхностис учётом их фаз, т.е. углов между ними.