3.4. Дифракція світла. Принцип Гюйгенса-Френеля.
Дифракцією світла називають сукупність явищ, які спостерігаються при розповсюдженні світла в середовищі з різкими неоднорідностями, наприклад, обмеженими непрозорими перешкодами. Закони геометричної оптики при виникненні дифракції порушуються, зокрема, світло може огинати непрозорі перешкоди і потрапляти в область геометричної тіні.
В принципі явище дифракції світла може бути повністю описане шляхом розв’язку хвильового рівняння для електромагнітної хвилі з відповідними граничними умовами. Втім такий шлях опису дифракції світла є надто складним і в оптиці не використовується.
Методологічною
основою суто оптичного розгляду дифракції
слугує принцип Гюйгенса – Френеля.
Цей принцип формулюється наступним
чином: “Кожен елемент хвильової
поверхні є джерелом вторинних сферичних
хвиль, інтерференція яких зумовлює
характер розповсюдження світлової
хвилі в просторі.” Доповнимо
вербальне формулювання принципу
Гюйгенса-Френеля відповідними кількісними
співвідношеннями.
На
рис. 32 схематично зображено хвильову
поверхню
(в даному випадку сферичну хвильову
поверхню). Виділимо на хвильовій поверхні
елементарну ділянку
і позначимо через
амплітуду коливань світлового вектора
на ділянці
.
Вектор
позначає нормаль до елементарної ділянки
,
вектор
характеризує розташування точки
спостереження “Р” відносно
.
Згідно
з принципом Гюйгенса-Френеля, світловий
вектор
вторинної сферичної хвилі з джерелом
,
в точці спостереження “Р” описується
виразом
, (3.4.1)
в якому
(3.4.2)
Тепер ми можемо записати величину
світлового вектору
в точці “Р” як результат інтерференції
вторинних сферичних когерентних хвиль,
які генеруються всією поверхнею
або її частиною
. (3.4.3)
Формула (3.4.3) є достатньою для аналітичного опису явищ дифракції і часто застосовуються з цією метою.
Поряд з аналітичними методами опису дифракції світла, існує ряд дуже простих наближених і наочних графічних методів побудови дифракційних картин, які, звичайно, поступаються аналітичним (або чисельним методам) точністю результатів, але за простотою є майже неспівставними з останніми.
До графічних методів опису дифракції належить популярний метод зон Френеля. Ознайомитись з основами цього методу і його результатами для дифракції сферичної непрозорому диску пропонується самостійно.