§ 65. Дифракция света

Если на пути световой волны находятся непрозрачные тела или преграды с отверстиями, то при обычных условиях за этими телами образуется область тени (рис. 65.1).

Рис. 65.1

Если же размеры тел или отверстий очень малы (порядка длины волны света), то световая волна заходит в область геометрической тени, причем на границе между областями света и тени появляются чередующиеся максимумы и минимумы света (интерференционная картина). Огибание световой волной границ непрозрачных тел с образованием интерференционной картины называют дифракцией света.

Проникновение световых волн в область геометрической тени может быть объяснено с помощью принципа Гюйгенса. Согласно принципу Гюйгенса, каждая точка, до которой доходит волновое движение, служит центром вторичных волн. Огибающая этих волн дает положение фронта волны.

Пусть на плоскую преграду с отверстием падает параллельный ей фронт волны (рис. 65.2).

Рис. 65.2

По Гюйгенсу, каждая точка выделяемого отверстием участка волнового фронта служит центром вторичных волн. В однородной изотропной среде вторичные волны — сферические. Огибающая вторичных волн показывает, что за отверстием волна проникает в область геометрической тени, огибая края преграды.

Являясь когерентными, вторичные волны, огибая края преграды, образуют в пространстве устойчивую интерференционную картину. Однако принцип Гюйгенса не дает возможности рассчитать интенсивность света в различных точках интерференционной картины. В связи с этим важным является дополнение принципа Гюйгенса, сделанное Френелем, которое дало возможность рассчитать интенсивность света в различных точках пространства при интерференции вторичных волн. Развитый Френелем принцип Гюйгенса назвали принципом Гюйгенса – Френеля. Однако расчет, предложенный Френелем, представляет очень сложную математическую задачу, связанную с интегрированием.

§ 66. Поглощение света

Свет, проходя через вещество, часть своей энергии затрачивает на возбуждение колебаний электронов. Колеблющиеся электроны частично возвращают эту энергию в виде вторичных волн. Частично же эта энергия переходит во внутреннюю энергию вещества — происходит поглощение энергии света веществом. Поэтому интенсивность I света, вышедшего из вещества, меньше интенсивности I₀ света, входящего в вещество.

Получим закон уменьшения интенсивности I света от толщины ℓ слоя вещества, проходимого светом. Выделим мысленно в веществе элементарный (очень тонкий) слой толщиной dx (ось x проведена, как показано на рис. 66.1).

Рис. 66.1

Ослабление интенсивности света при прохождении слоя толщиной dx

или

(66.1)

где æ — коэффициент пропорциональности.

Запишем выражение (66.1) в виде

и проинтегрируем его в пределах слоя ℓ вещества

откуда

(66.2)

— интенсивность света уменьшается по мере прохождения через вещество по экспоненциальному закону. Выражение (66.2) называют законом поглощения света или законом Бугера.

Коэффициент æ называют коэффициентом поглощения, который зависит от природы вещества и длины волны света λ.