Лекция №4 Дифракция света
План лекции:
Дифракция механических волн.
Дифракция света.
Дифракция от 2-х и от многих параллельных щелей.
Дифракционная решётка.
Методы изготовления решёток и их применение.
Вопрос 1. Дифракция механических волн
Явление дифракции механических волн проявляется в том, что волны огибают препятствия.
Diffractus (лат.) – разломанный
Лёгкий ветер вызывает на поверхности водоёма рябь – волны малой длины и амплитуды. Если они на своём пути встретят препятствия, например торчащую над поверхностью воды сваю и сучок, то с подветренной стороны за препятствиями наблюдаются различные картины. Непосредственно за сваей вода спокойна, волнения нет, не то что за сучком: волны огибают сучок.
Явление огибания волнами встречающихся препятствий называется дифракцией волн.
В нашем примере дифракция волны наблюдается за сучком и не наблюдается за сваей, так как диаметр сучка не так велик сравнительно с длиной падающих на него волн, а диаметр сваи во много раз превосходит эту длину.
Механическая волна, проходя большое отверстие, распространяется в области, ограниченной прямыми линиями. (рис.1). Область за малым отверстием заполнена круговыми волнами. (рис.2)
Вопрос 2. Дифракция света
Так как свет представляет собой волновой процесс, то для него при определённых условиях также должно наблюдается явление дифракции.
В 1665г. вышло в свет сочинение учёного иезуита Гримальди (1618-1663), сыгравшее важную роль в истории оптики. В этом сочинении впервые описано явление дифракции света.
Если от источника S пропустить пучок лучей света через отверстие АВ (рис.3а), то на экране MN мы получим светлое пятно аb (рис.3б). Диаметр этого пятна характеризует ширину падающего на экран MN светового пучка. При уменьшении отверстия АВ уменьшается и пятно, т.е. сужается пучок лучей света. Однако, начиная с некоторой величины отверстия (порядка 0,01мм и меньше), дальнейшее его уменьшение вызывает не уменьшение пятна аb, а, наоборот, увеличение. При этом пятно теряет свою резкость, оно расширено и неравномерно освещено (рис.3в). На нём появляется ряд чередующихся светлых и тёмных колец, заполняющих область значительно более широкую, чем это следует из геометрических построений, основанных на факте прямолинейного распространения света.
Распределение освещённости, наблюдаемое на экране при дифракции от узкой щели, показано на рис.4:
Все выше указанные явления наблюдаются в монохроматическом (одноцветном) свете. Если воспользоваться белым светом, то вместо тёмных и светлых полос будут наблюдаться окрашенные полосы.
Дифракция света - явления отступления света от законов прямолинейного распространения- загибания света в область тени.
Длина световых волн чрезвычайно мала. У видимых лучей света длины волн лежат в пределах от 0,8 до 0,4мкм (800-400нм). Размеры большинства тел велики по сравнению с длинами световых волн, огибать такие тела световые волны не могут. В этих случаях можно сказать, что свет распространяется прямолинейно. Когда же на пути световых волн находятся тела или отверстия размеры которых соизмеримы с длиной световой волны, то становится заметной дифракция световых волн.
Явления дифракции встречаются часто и бывают очень разнообразны. Так, например, если смотреть на узкий источник света (волосок электрической лампочки, узкое пламя спиртовой горелки и т. д.) через сетку глазных ресниц, то кроме самого источника света, слева и справа от него увидим несколько полос с радужной окраской. Такая же картина наблюдается при рассмотрении источника света сквозь частый гребешок.
Интересная дифракционная картина обнаруживается при наблюдении какого-нибудь отдалённого светящегося предмета через ткань носового платка.
Нередко можно наблюдать около Солнца и Луны радужные «венцы». Они наблюдаются тогда, когда в воздухе носится морозная пыль или туман. Свет от Солнца или Луны, проходя через такую среду претерпевает дифракцию.