Дифракция Френеля

Дифракцией света называется совокупность явлений, которые обусловлены волновой природой света и наблюдаются при его распространении в среде с резко выраженной оптической неоднородностью. В более узком смысле под дифракцией света понимают огибание светом встречных препятствий, т.е. отклонение от законов геометрической оптики. Различают два вида дифракции света - дифракцию Френеля, или дифракцию в сходящихся лучах, и дифракцию Фраунгофера, или дифракцию в параллельных лучах. В первом случае на препятствие падает сферическая или плоская волна, а дифракционная картина наблюдается на экране, находящаяся позади препятствия на конечном расстоянии от него. Во втором случае на препятствие падает плоская волна, а дифракционная картина наблюдается на экране, который находится в фокальной плоскости собирающей линзы, установленной на пути прошедшего через препятствие света. При дифракции Френеля на экране получается «дифракционное изображение» препятствия, а при дифракции Фраунгофера – «дифракционное изображение» удаленного источника света.

Дифракция Френеля на круглом отверстии и непрозрачном диске.

При освещении отверстия монохроматическим светом на экране, параллельном AB, наблюдается система чередующихся

темных и светлых интерференционных колец с общим центром в точке О. Если для точки в отверстии укладывается четное число зон Френеля, то в точке О находится темное пятно – A=½A₁-½A_m. Если число зон нечетное, то в точке О находится светлое пятно: A=½A₁+½A_m. Если отверстие освещается белым светом, то на экране наблюдается система концентрических цветных колец. Интерференционная

к артина на экране имеет вид концентрических темных и светлых колей с центром в точке О,

где всегда находится интерференционный максимум (пятно Пуассона). Амплитуда света в точке О равна ½A₁. При освещении диска белым светом в центре экрана будет белое пятно, окруженное системой концентрических колец.

Дифракция Фраунгофера на узкой щели.

Свет падает на щель нормально к ее поверхности, так что колебания во всех точках щели совершаются в одной фазе. Дифракционная

картина наблюдается на экране, установленном в фокальной плоскости собирающей линзы. Параллельные лучи ВМ и CN, идущие от краев щели под углом дифракции  к направлению лучей падающего света, собираются линзой в ее побочном фокусе F_. Поэтому результат интерференции в точке F_, экрана зависит от разности хода CD = bsin и длины волны падающего света. Если число зон Френеля, укладывающихся в щели четное: bsin=k, то наблюдается дифракционный минимум (полная темнота). Если число зон Френеля, укладывающихся в щели нечетное: bsin=(2k+1)/2, то наблюдается дифракционный максимум, соответствующий действию одной зоны Френеля. Самый яркий центральный максимум наблюдается в главном фокусе F_O линзы. С ростом m ширина зон Френеля и интенсивность максимумов быстро уменьшается.

Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке. Дифракционная решетка. Главные макс. И мин.

Д ифракционная решетка представляет собой систему из большого числа одинаковых по ширине и параллельных друг другу

щелей в экране, разделенных также одинаковыми по ширине непрозрачными промежутками. Величина d=ширина непрозрачного промежутка (a) + ширина щели (b), называется постоянной, или периодом, дифракционной решетки. При расчете дифракционной картины на экране, установленном в фокальной плоскости собирающей линзы, необходимо учитывать интерференцию вторичных волн как от разных участков одной щели, так и от разных щелей решетки. Если плоская монохроматическая волна (электромагнитная волна одной определенной частоты, т.е. синусоидальная электромагнитная волна) падает нормально на решетку, то колебания во всех точках щелей происходят в одинаковой фазе. Главные минимумы при дифракции света на дифракционной решетке наблюдаются под углами дифракции , соответствующими интерференционным минимумам при дифракции на одной щели: bsin=k (k=1,-1,2,-2,…). В этих направлениях каждая из щелей не дает света («сама себя гасит»). Главным максимумам соответствуют углы дифракции , удовлетворяющие условию dsin=k (k=0,-1,1,2,-2,…).