КАТЕГОРИИ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) П Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военно дело (14632) Висока технологиите (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къщи- (47672) журналистика и SMI- (912) Izobretatelstvo- (14524) на външните >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) История- (13644) Компютри- (11121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) култура (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23,702) Matematika- (16,968) инженерно (1700) медицина-(12,668) Management- (24,684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образование-(11,852) защита truda- (3308) Pedagogika- (5571) п Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) oligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97182) от промишлеността (8706) Psihologiya- (18,388) Religiya- (3217) с комуникацията (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) спортно-(42,831) Изграждане, (4793) Torgovlya- (5050) превозът (2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596 ) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Telephones- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно (12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

дифракция




Light явление дифракция нарича светлина отклонение от праволинейно разпространение при преминаване в близост до препятствието. Тъй като опитът сочи, светлината при определени условия могат да отидат в геометрична сянка. Ако пътя на паралелно светлинния лъч е кръгла препятствие (кръгъл диск, топка или кръгла дупка в непрозрачен екран), на екрана се намира на значително разстояние от препятствието, има дифракция - система с променлив светли и тъмни пръстени. Ако препятствието е линейна (прорез резба край на екрана), екранът, система от паралелни дифракционни ресни.

Дифракционни ефекти са добре известни, дори във времето на Нютон, но и да ги обяснят на базата на еритроцитите теория на светлината беше невъзможно. Първият качествено обяснение на явлението дифракция на базата на вълна представяния бяха дадени от британския учен Т. Young. Независимо от него през 1818 г., френският учен А. Френел разработен количествена теория на дифракционни явления. В основата на теорията на Френел на принципа на Хюйгенс, като към неговата идея за намесата на вторични вълни. принцип Хюйгенс "в оригиналната си форма може само да открие позицията на фронта на вълната в следващите пъти, т. Е. За да се определи посоката на разпространение на вълната. По същество, това е на принципа на геометричната оптика. Хипотеза за плика Хюйгенс Френел заменя вторични вълни физически ясна разпоредба, че вторичните вълни, идващи към точката за наблюдение, да си влияят взаимно. принцип на Хюйгенс-Френел също представена определена хипотеза, но последващ опит е потвърдил валидността му. В редица практически важни случаи решаването на проблемите на дифракция на базата на този принцип, дава доста добър резултат. Фиг. 3.8.1 илюстрира принципа на Хюйгенс-Френел.

Фигура 3.8.1. принцип на Хюйгенс-Френел. Δ S 1 и Δ S 2 - фронта на вълната елементи и - нормално

Да предположим, че S е повърхностна позиция на фронт на вълната в някакъв момент. На теория вълна, на фронта на вълната се разбере повърхност, във всички точки, където колебанията възникнат със същата фаза стойност (във фаза). По-специално, вълна отпред равнина вълна - семейство от успоредни равнини, перпендикулярни на посоката на разпространение. Wavefront на сферична вълна, излъчена от точков източник - семейство от концентрични сфери.

За да се определи трептения в точка Р, причинена от вълната Fresnel трябва първо да определи трептения, причинени в този момент отделните вторични вълни, пристигащи в него от всички елементи на повърхността SS 1, Δ S 2, и така нататък. Г.) и след това да добавите тези вибрации по отношение на техните амплитуди и фази. Тя трябва да вземе под внимание само онези елементи от вълна на повърхността S, който няма да бъде препятствано от всяко препятствие.



Да разгледаме като пример прост проблем дифракция на преминаване монохроматичен плоска вълна от отдалечен източник през малък кръгъл отвор с радиус R в непрозрачен екран (Фиг. 3.8.2).

Фигура 3.8.2. Дифракция на плоска вълна на екрана с кръгъл отвор

точка на наблюдение Р е по оста на симетрия на разстояние L от екрана. В съответствие с принципа на Хюйгенс-Френел бъде психически пренесат повърхност вълна съвпада с равнината на отворите, вторични източници, от които вълни достигат точка P. Намесата на вторични вълни в точка Р се появява Получената колебание, квадрата на амплитудата (интензивността) трябва да се определя от дадените стойности на ДълЖината на вълната, амплитудата А 0 на вълната на падащата и геометрията на проблема. За да се улесни изчисляването на Френел предложи да се разделят на повърхността на вълната инцидент вълна по местонахождението на препятствия в пръстеновидно зона (Френел зона) на по следното правило: разстояние от границите на съседните зони към точката Р трябва да се различава с половин дължина на вълната, т.е. ..

При търсене на повърхността на вълната от точка Р, на границите на зоните Френеловите ще представляват концентрични кръгове (фиг. 3.8.3).

Фигура 3.8.3. Границите на Френел зони в равнината на отвора

Фиг. 3.8.2 лесно да се намери Френеловите зони радиуси ρ м:

Така че в оптика λ << L, втора срока по корен квадратен може да бъде пренебрегнато. Броят на Френел зони монтаж в отвора се определя от неговия радиус R:

Тук м - не е задължително да са цяло число. В резултат на намесата на вторични вълни в точка Р зависи от броя на отворените м Fresnel зони. Лесно е да се покаже, че всички области, имат една и съща площ:

Идентични площ зони ще трябва да се вълнуват трептения в точката на наблюдение със същата амплитуда. Въпреки това, всяка следваща зона ъгълът а между линията проведени до точката на наблюдение и нормално да се издига вълна повърхност. Fresnel препоръчва (потвърдено от експеримента), че с увеличаване на ъгъла α намалява амплитудата на трептене, макар и с малко:

А 1> A 2> A 3> ...> A 1,

където М - амплитуда на колебание причинени m та зона.

С добро приближение да се предположи, че колебанията на амплитуда, причинени от една зона, равен на средната аритметична стойност на амплитудите на вибрациите, причинени от две съседни зони, т.е.. Д.

Тъй като разстоянието между две съседни зони на точката на наблюдение се различават от λ / 2, следователно, тези зони трептения възбудени в antiphase. Затова вълните от всеки две съседни зони почти се неутрализират взаимно. Общият амплитудата в точката на наблюдение там

А = 1 - А2 + A 3 - А4 + ... = 1 - (A 2 - A 3) - 4 - А 5) - ... <A 1.

По този начин общата вибрация амплитуда в точка Р е винаги по-малко от амплитудата на вибрации, които ще предизвика едно първо Френел зона. По-специално, ако всички от зоната на Френел, а след това да наблюдателната точка ще бъде достигната бариера невъзмутимо вълна с амплитуда от 0 A са открити. В този случай, можем да запишем:

тъй като изразите в скоби са нула. Следователно ефектът (амплитуда), причинена от всички фронтът на вълната е равна на половината от действията на една от първата зона.

Така, ако дупката в непрозрачен екран оставя отворен само Fresnel зона, амплитудата на колебанията в точката за наблюдение се увеличава 2 пъти (и интензивността - 4 пъти) в сравнение с ефекта на невъзмутимо вълна. Ако отворите две зони, амплитудата на колебание е нула. Ако създават матово екран, който ще остави отворени само няколко странни (или дори само на няколко зони), а след това амплитудата на колебанията ще се увеличи драстично. Например, ако се вижда 1, 3 и 5 зона,

6 А = 0, I = 36 I 0.

Тези плочи имат свойството да се фокусира светлината, наречени зони плочи.

Когато дифракция на светлина в кръг диска са затворени първите номера Fresnel зона от 1 до m. След това амплитудата на вибрации в точката на наблюдение ще бъде равна на

или А = М + 1/2, тъй като изразите в скоби са нула. Ако дискът затваря област не е твърде големи помещения, А М + 1A 2 ≈ А 0 и А 0, т. Е. В центъра на картината в дифракция на светлината върху диска наблюдава максимална смущения. Това - т.нар място Поасон, той е заобиколен от светли и тъмни дифракционни пръстени.

Ние се оцени размера на зоната на Френел. Да предположим, например, модел на дифракция наблюдава на екрана намира на разстояние L = 1 m от препятствие. Дължината на вълната на светлината λ = 600 нм (червена светлина). Тогава радиусът на първия Френел зона има

По този начин, в оптичната дължина на вълната поради незначителни размера на зоните Fresnel е достатъчно малък. Дифракционни ефекти се проявяват най-ясно, когато само малък брой зони, пуснати на препятствие:

Това съотношение може да се разглежда като критерий за наблюдение дифракция. Ако броят на Френел зони, които отговарят на препятствието става много голям, дифракционни явления са почти невидими:

Това е силен неравенство определя границата на приложимост на геометричната оптика. Тесен лъч светлина, че в геометрични оптика се нарича лъч може да се образува само по това състояние. По този начин, геометричната оптика е ограничаване случай на оптика вълни.

Ние счита горе случай на дифракционна светлина от отдалечен източник за кръгла форма препятствия. Ако източникът на светлина точка е най-краен разстояние, пречка пада сферично отклоняваща вълна. В този случай геометрията на проблема е малко по-сложно, защото сега зоната Fresnel трябва да се изгради не на жилището и на сферичната повърхност (фиг. 3.8.4).

Фигура 3.8.4. Fresnel зона на сферична вълна пред

Изчисляване води до следния израз за радиус ρ m Fresnel зони на сферична вълна пред:

Всички заключения теория на Френел описани по-горе важат в този случай.

Трябва да се отбележи, че дифракционна теория (и смущения) светлинни вълни прилагат на вълните на всяка физическа природа. Това се дължи на сходството между моделите на вълните. Физическата природа на света в началото на XIX век, когато Т. Юнг, А. Френел и други учени разработват представителството на вълната, все още не е известен.

Модел. дифракция

Модел. Френел зона