🗊Презентация Дифракция света. Лекция 4

Дифракция света наблюдается при распространении света вблизи краев непрозрачных тел, прохождении света сквозь узкие отверстия, щели и т. д.; В результате дифракции волны огибают препятствия, проникая в область геометрической тени.

Согласно принципу Гюйгенса-Френеля световое поле в некоторой точке пространства является результатом интерференци волн от вторичных источников.

Дифракция волн существенно зависит от соотношения между длиной волны и размером объекта, вызывающего дифракцию. Дифракция волн существенно зависит от соотношения между длиной волны и размером объекта, вызывающего дифракцию. Наиболее отчетливо дифракция обнаруживается в тех случаях, когда размер огибаемых препятствий соизмерим с длиной волны.

Если препятствие имеет линейный характер Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос.

Если на пути волн поставить экран, то на нем будет наблюдаться дифракционная картина, причем интенсивность в любой точке экрана наблюдения будет определяться результатом интерференции вторичных волн, пришедших в точку наблюдения.

Метод зон Френеля

Зонная пластинка Френеля в простейшем случае - стеклянная пластинка, состоящая из системы чередующихся прозрачных и непрозрачных концентрических колец, построенных по принципу расположения зон Френеля. Зонная пластинка является по существу дифракционной решёткой. Зонная пластинка делит падающую на неё волну на кольцевые зоны, ширина которых подобрана так, чтобы расстояние от краёв зоны до точки наблюдения, называемой фокусом зонной пластинки, изменялось на половину длины волны.

Зонная пластинка может изменять волновой фронт световой волны заданным образом. Она фокусирует свет в точку подобно собирающей линзе и увеличивает в ней интенсивность .

1. Дифракция Френеля (от простейших преград)

1) Дифракция Френеля на круглом отверстии

Если перемещать экран или менять размеры отверстия, то мы увидим, что вид дифракционной картины меняется - максимумы освещенности плавно переходят в минимумы и наоборот.

Вид дифракционной картины определяется количеством открытых зон Френеля Волны от соседних открытых зон гасят друг друга в результате интерференции. Поэтому если открыто четное число зон, то центральное пятно будет темным, если нечетное число зон, то светлым.

2) Дифракция света на круглом диске 

2. Дифракция в параллельных лучах ( дифракция Фраунгофера.)

Дифракция света на круглом отверстии

.

Для получения пучка параллельных лучей света, падающих на щель или отверстие, обычно пользуют- ся небольшим источником света, который помещают в фокусе собирающей линзы (колиматор) Пусть параллельный пучок монохроматического света падает нормально на непрозрачный экран, в котором прорезана узкая щель ВС, имеющая постоянную ширину b и длину λ>>b . Оптическая разность хода между крайними лучами ВМ и CN, идущими от щели под углом φ к оптической оси линзы  ∆=CD=bsinφ. Разобьем щель ВС на зоны Френеля, имеющие вид полос, параллельных ребру щели. Количество зон на ширине щели равно ∆/ (λ/2)

Дифракция света на одной щели при нормальном падении лучей.

Дифракционная решетка Дифракционная решетка – важнейший спектральный прибор, предназначенный для разложения света в спектр и измерения длин волн. Она представляет собой плоскую стеклянную или металлическую поверхность, на которой нарезано очень много (до сотен тысяч) прямых равноотстоящих штрихов. Рассмотрим простейшую идеализированную решетку, состоящую из N одинаковых равноотстоящих параллельных щелей, сделанных в непрозрачном экране. Ширину щели обозначим b, а ширину непрозрачных промежутков между щелями –а.  Величина d=a+b называется периодом или постоянной дифракционной решетки. Лучшие решетки имеют d=0,8 мкм, т.е. 1200 штрихов на 1 мм.

Если рассматривать под микроскопом крылья бабочек, то можно заметить, что они состоят из большого числа элементов, размер которых имеет порядок длины волны видимого света. Если рассматривать под микроскопом крылья бабочек, то можно заметить, что они состоят из большого числа элементов, размер которых имеет порядок длины волны видимого света. Таким образом, крыло бабочки как бы представляет собой своеобразную дифракционную решетку.

Радужная полоска видна в глазах стрекоз и других насекомых. Она образуется благодаря тому, что их сложные глаза состоят из большого числа отдельных «глазков» - фасеток, то есть тоже являются «живыми» дифракционными решетками. Радужная полоска видна в глазах стрекоз и других насекомых. Она образуется благодаря тому, что их сложные глаза состоят из большого числа отдельных «глазков» - фасеток, то есть тоже являются «живыми» дифракционными решетками.

Тонкий слой облаков из водяных капелек, закрывающий солнце или луну, действует как дифракционная решетка. Светило кажется окруженным разноцветным венцом (радужным ореолом).

Дифракция рентгеновских лучей на кристаллической решетке дает возможность исследовать строение кристаллов.

На дифракционных картинах возникает целый ряд отражений, каждое из которых образовано совместным действием всех атомов в кристаллической решетке. Поскольку нет двух идентичных во всех отношениях материалов, то нет и одинаковых абсолютно во всех деталях дифракционных картин.

Дифракция на пространственной решетке. Формула Вульфа-Брэгга

Дифракция рентгеновских лучей в кристаллах Макс Лауэ в 1912 г. предсказал дифракцию рентгеновских лучей, его ученики Фридрих и Книппинг экспериментально ее доказали.

Голография

Голография Гологра́фия (др.-греч. ὅλος — полный + γραφή — пишу) — набор технологий для точной записи, воспроизведения и переформирования волновых полей. Метод был предложен в 1947 году Дэннисом Габором, он же ввёл термин голограмма и получил «за изобретение и развитие голографического принципа» Нобелевскую премию по физике в 1971 г.

Суть метода голографии. 

Схема записи Денисюка

Юрий Николаевич Денисюк (1927—2006) В 1962 Денисюк изобрёл способ записи изображения в трехмерных средах, позволяющий сохранить информацию о фазе, амплитуде и спектральном составе волны, пришедшей от объекта. Такие отражательные голограммы могут быть воспроизведены при освещении пучком обычного белого света. Это научное достижение было оценено в СССР как научное открытие и занесено в Государственный реестр открытий СССР под № 88 с приоритетом от 1 февраля 1962