8. Дифракція світла. Принцип Френеля- Гюйгенса. Зони Фринеля.

Дифракція - явище потрапляння світла в геометричну тінь. Явище дифракції наглядно підтверджує теорію корпускулярно-хвильвої природи світла.

Спостерігати дифракцію світла важко, оскільки хвилі відхиляються від перешкод на помітні кути лише за умови, що розміри перешкод приблизно дорівнюють довжині хвилі, а вона дуже мала.

Уперше, відкривши інтерференцію, Юнг виконав дослід з дифракції світла, за допомогою якого були вивчені довжини хвиль, що відповідають світловим променям різного кольору.

Розрізняють два види дифракцій, дифракція Френеля, ттєвих відмінностей ційної ришітки.яка відбувається на різних неоднорідностях від точкових джерел світла і дифракція Фраунгофера, яка відбувається в паралельних променях від далеких джерел.

Основні положення принципу Гюйгенса-Френеля:1)кожен елемент хвильової поверхні площею S виступає в ролі точкового джерела вторинних сферичних хвиль, амплітуда яких пропорційна площі цього елемента;2)вторинні джерела, які еквівалентні точковому джерелу , є когерентними, а тому випромінювання в них дає явище інтерференції;3)з однакових площ хвильових поверхонь випромінюється однакова енергія;4)найбільше енергії від вторинних джерел випромінюється в напрямі нормалі до цієї поверхні.

Формули Френеля визначають стосунки амплітуди, фази і стани поляризації відбитою і заломленою світлових хвиль, що виникають при проходженні світла через нерухомий кордон розділу двох прозорих діелектриків, до відповідних характеристик падаючої хвилі. Встановлені О. Ж. Френелем в 1823 на основі уявлень про пружні поперечні коливання ефіру.

9.Дифракційна гратка. Дифракція рентгенівських променів. Формула Вульфа - Брегга.

Одним з найбільш розповсюджених приладів для отримання спектрів за допомогою дифракції є дифракційна решітка. Д.р.- оптичний прилад, що є сукупністю великого числа паралельних, рівновіддалених один від одного штрихів однакової форми, нанесених на плоску або увігнуту оптичну поверхню. Таким чином, Д. р. є періодичною структурою: штрихи з визначеним і постійним для даних грат профілем повторюються через строго однаковий проміжок d, називається періодом Д. р. В Д. р. відбувається дифракція світла. Основна властивість Д. р. — здатність розкладати падаючий на неї пучок світла по довжинах хвиль, тобто в спектр, що використовується в спектральних приладах. Якщо штрихи нанесені на плоску поверхню, то Д. р. називаються плоскими, якщо на увігнуту (зазвичай сферичну) поверхню — увігнутими. Розрізняють відбивні і прозорі Д. р. У відбивних штрихи наносяться на дзеркальну (зазвичай металеву) поверхню і спостереження ведеться у відбитому світлі. В прозорих штрихи наносяться на поверхню прозорої (зазвичай скляною) пластинки (або вирізуються у вигляді вузьких щілин в непрозорому екрані) і спостереження ведеться в проходящем світлі. У сучасних спектральних приладах застосовуються головним чином відбивні Д. р.

Основними характеристиками Д. р. є кутова дисперсія і роздільна здатність.

Дифракція рентгенівських променів- розсіяння рентгенівських променів кристалами (або молекулами рідин і газів), при якому з початкового пучка променів виникають вторинні відхилені пучки тієї ж довжини хвилі, взаємодії первинних рентгенівських променів, що з'явилися в результаті, з електронами речовини; напрям і інтенсивність вторинних пучків залежать від будови розсіюючого об'єкту. Дифраговані пучки складають частину всього розсіяного речовиною рентгенівського випромінювання. Поряд з розсіянням без зміни довжини хвилі спостерігається розсіяння із зміною довжини хвилі — так зване комптонівське розсіяння. Явище Д. р. п., що доводить їх хвилеву природу, вперше було експериментально виявлено на кристалах німецькими фізиками М. Лауе, В. Фрідріхом і П. Кніппінгом в 1912.

Бреггівська дифракція - явище сильного розсіювання хвиль на періодичній ґратці розсіювачів при певних кутах падіння й довжинах хвиль.

Найпростіший випадок Бреггівської дифракції виникає при розсіюванні світла на дифракційній ґратці. Аналогічне явище спостерігається при розсіюванні рентгенівських променів, електронів, нейтронів тощо на кристалічній ґратці.

Інтенсивні піки розсіювання спостерігаються тоді, коли виконується умова Вульфа-Брегга:

,

де - хвильовий вектор, - вектор оберненої ґратки, тобто, при умові, що розсіяна хвиля збігається за фазою з падаючою.

Для дифракційної ґратки з періодом d цю умову можна переписати у вигляді:

,

де θ - кут падіння, λ - довжина хвилі, n - ціле число, яке називається порядком дифракції. Ця ж формула справедлива для розсіювання хвиль на кристалі кубічної сингонії.