- •Лекция 14.Дифракция света.
- •Принцип Гюйгенса-Френеля.
- •Метод зон Френеля.
- •С пираль Френеля.
- •Дифракция на круглом отверстии и непрозрачном экране.
- •Светлое пятно: , тёмное: .
- •Светлое пятно: , тёмное: .
- •Д ифракция Фраунгофера на прямоугольной щели.
- •Дифракционная решетка.
- •Дисперсия и разрешающая способность.
- •Разрешающая способность оптического прибора (глаз, микроскоп, телескоп).
- •Дифракция рентгеновских лучей.
Дифракция на круглом отверстии и непрозрачном экране.
а)
Открыта 1-я зона Френеля:
- светлое пятно.
-
свободная волна;
.
Открыты
1-я и 2-я зоны Френеля:
- темное пятно
Открыто нечётное число зон Френеля - в центре светлое пятно; открыто чётное число зон Френеля – в центре тёмное пятно.
Картина представляет собой чередование тёмных и светлых колец.
Max освещенности – открыта только 1-я зона Френеля, min освещенности – первые две зоны.
Светлое пятно: , тёмное: .
Дифракция Френеля - в непараллельных лучах. Дифракция Фраунгофера – в параллельных.
Качественный результат тот же.
-
мало
дифракция
Френеля.
Светлое пятно: , тёмное: .
б)
.
Построение зон и рассуждения аналогично п. а).
Амплитуда
колебаний в точке наблюдения не зависит
от
и равна половине амплитуды, обусловленной
открытой зоной Френеля. Таким образом,
в центре всегда светлое пятно.
Если размер экрана невелик, то действие открытой зоны мало отличается от действия центральной зоны волнового фронта.
Вокруг светлой точки - чередование колец света и тени.
Зонная пластинка – закрыты либо все чётные, либо все нечётные зоны Френеля. Получается усиление света в точке наблюдения.
Д ифракция Фраунгофера на прямоугольной щели.
.
Отсюда
.
При
получим
,
Замечание:
.
Это
условие эквивалентно
-
щель открывает малую часть 1й
зоны Френеля.
.
Это означает, что вторичные волны параллельны – дифракция Фраунгофера.
;
.
Найдём распределение интенсивности света по углу Θ.
Для плоской волны *)
.
При
Θ=0 имеем
и
.
.Но
в этом случае
,
следовательно,
и
.
Здесь
,
.
,
где
,
т.к.
.
Поскольку
,
то
.
Т.к.
,
то
.
Заметим,
что ξ=0 соответственно
.
*)
;
;
;
,
Условие
max:
;
.
Условие
min:
;
.
И з этих формул видно, что max и min не зависят от расстояния b.
Уменьшение амплитуд связано с конечностью размеров источника света.
Качественно результат может быть получен из рассмотрения зон Френеля.
.
– открыто чётное число зон Френеля.
Дифракционная решетка.
Д
ифракционная
решетка предназначена для разложения
света в спектр и измерения длин волн.
Здесь мы имеем сочетание дифракции от одной щели с многолучевой интерференцией.
,
;
;
,
;
Г
лавные
max
зависят от периода d:
,
а min
– от d,
и от N:
.Ш
ирина
гл. max – расстояние между min:
Т.к. при
,
а
,
,то
-
при нормальном падении.
,
При падении света под углом
:
–
условие гл. max.
Преобразуем
эту формулу:
.
Е
сли
,
то
Тогда
.
Эффективный период
.
При
можно работать с грубыми решетками→
рентгеновские лучи.
Для дифрагированной волны её ширина
(интерф.
)
или
Это выражение называется соотношением неопределённостей для света:
Чем
меньше открыто волнового фронта (меньше
диаметр отверстия a),
тем более расходящейся получается волна
(больше
).
В геометрической оптике – тонкий световой пучок, реально он невозможен из-за дифракции.
Дифракционный спектр.
Белый свет
Рассмотрим
(дифракция 1нор.)
Для
интерференции
Чтобы
не произошло наложения участков спектров
нужно, чтобы
короткой волны (λ) совпадал с
максимумом длинной
:
.
Тогда
– это дисперсионная область.
Здесь
λ – короткой;
с ростом порядка интерференции
диспресионная область сужается. Вот
почему наблюдение лучше вести при малых
.
