Дифракция света на щели зоны френеля

Дифракция света

=== Скачать файл ===

Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля и Фраунгофера. Метод зон Френеля. Дифракция на круглом отверстии и диске.

4.2 Дифракция света. Принцип Гюйгенса – Френеля. Дифракция на щели в параллельных лучах света

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИФРАКЦИИ Понятие дифракции. Дифракция на щели зоны Френеля. Использование дифракционных решёток в качестве диспергирующих элементов в спектральных приборах. Любая волна, распространяющаяся в изотропной однородной среде, свойства которой не меняются от точки к точке, сохраняет направление своего распространения. В анизотропной неоднородной среде, где при прохождении волны испытывают неодинаковые изменения амплитуды и фазы на поверхности волнового фронта, первоначальное направление распространения изменяется. Это явление называют дифракцией. Дифракция присуща волнам любой природы, и практически проявляется в отклонении направления распространения света от прямолинейного. Дифракция возникает при любом локальном изменении волнового фронта, амплитудном или фазовом. Подобные изменения могут вызываться присутствием непрозрачных или частично прозрачных преград экранов на пути волны, или участков среды с иным показателем преломления фазовых пластинок. Это свойство присуще всем видам волн независимо от их природы. В зависимости от расстояния, с которого наблюдается волна за предметом, на котором происходит дифракция, различают дифракцию Фраунгофера или Френеля:. Различия этих двух видов дифракции Фраунгофера и Френеля при дифракции на одной щели можно посмотреть здесь. Принцип Гюйгенса Характерным для распространения любых волн является их способность загибаться за препятствия давать дифракцию, дифрагировать. К объяснению принципа Гюйгенса. Если плоская волна падает нормально на экран с длинной узкой щелью шириной ' а ', то, когда фронт волны дойдет до щели и займет положение AB рис. Показанный ниже рисунок прекрасно демонстрирует справедливость принципа Гюйгенса. Здесь на пути круговой волны, возбуждаемой на поверхности жидкости колеблющимся шариком, расположен барьер с отверстием. Видно, что после барьера распространяется почти круговая волна с центром, совпадающим с отверстием. Отклонение формы нового волнового фронта от круговой объясняется тем, что он представляет собой огибающую сферических элементарных волн, испущенных различными точками фронта первичной волны в пределах отверстия в барьере. Для запуска анимации поместите курсор мыши на рисунок. Чтобы просмотреть видео-ролик приведённого рисунка, щёлкните по рисунку если Вы работаете с IE4 или с более старшей версией или здесь если у Вас другая разновидность web-браузера. При этом новое положение волнового фронта можно построить, проведя огибающую к элементарным сферическим волнам , возникающим в каждой точке волнового фронта в предыдущий момент времени. Благодаря этому лучи загибаются дифрагируют у краёв отверстия. Поэтому в дальнейшем этот принцип был дополнен Френелем , который предложил рассчитывать положение волновых фронтов, учитывая взаимную интерференцию вторичных волн, вышедших из различных точек первичного волнового фронта. Такой метод расчёта получил объединённое название — метод принцип Гюйгенса-Френеля. В дальнейшем, благодаря работам Максвелла , Кирхгофа и Грина , удалось понять, что, по существу, этот метод принцип является одним из методов решения волнового уравнения, с заданными граничными условиями. Дифракция на щели зоны Френеля Наибольшее значение для понимания самого явления дифракции имеет дифракция в параллельных лучах для случая прямоугольного отверстия при ширине его значительно меньшей длины, то есть для щели. Пусть на щель шириной а нормально падает плоская волна. Рассмотрим волны, распространяющиеся от точек плоскости AB в направлении, составляющим некоторый угол с первоначальным рис. Зоны Френеля при дифракции от одной щели. Если на пути этих лучей поставить линзу, параллельную плоскости AB , то лучи после преломления сойдутся в некоторой точке M экрана, расположенного в фокальной плоскости линзы, и будут интерферировать друг с другом точка О — главный фокус линзы. Опустим из точки A перпендикуляр АС на направление выделенного пучка лучей. Тогда от плоскости АС и далее до фокальной плоскости линзы параллельные лучи не меняют своей разности хода. Разность хода, определяющая условия интерференции, возникает лишь на пути от исходного фронта AB до плоскости AC и различна для разных лучей. Для расчета интерференции этих лучей применим метод зон Френел я. Проводя из концов этих отрезков линии, параллельные AC , до встречи их с AB , разобьем фронт волны щели на ряд полосок одинаковой ширины, эти полоски и будут являться в данном случае зонами Френеля. Из приведённого построения следует, что волны, идущие от каждых двух соседних зон Френеля , приходят в точку M в противоположных фазах и гасят друг друга. Если при таком построении число зон окажется чётным, то каждая пара соседних зон взаимно погасит друг друга и при данном угле на экране будет минимум освещенности. Таким образом, при разности хода лучей, идущих от краев щели, равной четному числу полуволн, будем наблюдать на экране темные полосы. В промежутках между ними будут наблюдаться максимумы освещенности. Они будут соответствовать углам, для которых фронт волны разбивается на нечётное число зон Френеля и одна из зон остается непогашенной. Тогда углы, при которых наблюдаются максимумы освещенности , определяются из условия. Формулы 1 и 2 можно получить, и если напрямую воспользоваться условиями интерференции. Действительно, если взять два луча из соседних зон Френеля чётное число зон , то разность хода между ними равна половине длины волны, то есть нечётному числу полуволн. Следовательно, интерферируя, эти лучи дают минимум освещенности на экране, то есть получается условие 1. Поступив аналогично для лучей из крайних зон Френеля, при нечётном числе зон получим формулу 2 , то есть максимум освещённости. На экране будут наблюдаться рис. Дифракционная картина при дифракции на одной щели. Ширина и число этих полос будут зависеть от отношения длины волны к ширине щели a. Так как предельно возможное значение синуса угла равно единице, то максимально возможное значение числа зон Френеля. В результате во всех точках экран будет очень слабо равномерно освещен. Можно сказать, что свет через щель практически не проходит. Четкие дифракционные максимумы и минимумы будут наблюдаться только в промежуточном случае, когда на ширине щели уложится несколько зон Френеля. При освещении щели немонохроматическим белым светом дифракционные максимумы для различных цветов разойдутся. Чем меньше , тем под меньшими углами наблюдаются дифракционные максимумы. В центр экрана лучи всех цветов приходят с разностью хода, равной нулю, поэтому изображение в центре будет белым. Справа и слева от центрального максимума будут наблюдаться дифракционные спектры первого, второго и т. Дифракционная решетка Для увеличения интенсивности дифракционных максимумов пользуются не одной щелью, а дифракционной решёткой. Дифракционная решётка представляет собой ряд параллельных щелей одинаковой ширины a , разделенных между собой непрозрачными промежутками шириной b. Дифракционные решётки изготовляют на стекле или на металле в последнем случае решетка называется отражательной. Тончайшим алмазным острием с помощью делительной машины наносится ряд тонких параллельных штрихов одинаковой ширины и расположенных на равных расстояниях друг от друга. При этом штрихи, рассеивающие свет во все стороны, играют роль непрозрачных промежутков, а нетронутые места пластинки — роль щелей. Число штрихов на 1 мм в некоторых решётках достигает Как уже понятно, при прохождении света через систему одинаковых щелей дифракционная картина значительно усложняется. В этом случае интерферируют уже не только лучи, испущенные разными точками волнового фронта одной щели , но и лучи, дифрагирующие от разных щелей , налагаются в фокальной плоскости линзы друг на друга и интерферируют между собой. Таким образом мы имеем картину, являющуюся результатом интерференции нескольких пучков. Естественно, что результирующая картина должна быть другой, существенно более сложной. Если число щелей равно N , то интерферируют между собой N пучков. В результате дифракции условие образования дифракционных максимумов примет вид:. Обратите внимание, по сравнению с дифракцией на одной щели условие максимумов изменилось на противоположное: Максимумы, удовлетворяющие условию 3 , называются главными. Положение же минимумов не изменяется, так как те направления, по которым ни одна из щелей не посылает свет, не получают его и при N щелях. Итак, при дифракции на решётке возможны направления, в которых свет, посылаемый различными щелями, гасится взаимно уничтожается. В общем случае при дифракции от N щелей образуются: Видно, что при возрастании числа пучков главные максимумы становятся уже и выше, а между ними располагается всё большее и большее количество вторичных максимумов. Резюмируя отметим, что при интерференции N пучков одинаковой амплитуды дифракции на решётке из N щелей возникает ряд одинаковых по интенсивности амплитуде максимумов. Между соседними главными максимумами возникает N-1 минимумов. При условии на экране получается дифракционный максимум, называемый нулевым. Дифракционная картина при дифракции на 4-х щелях. При освещении дифракционной решетки белым светом на экране вместо светлых полос будут видны спектры , разделенные тёмными промежутками. Поэтому, каждый максимум будет представлять собой спектр , нулевой максимум — нулевой спектр , первый максимум — спектр первого порядка и т. Число дифракционных спектров , то есть максимальное значение порядка k max , ограничено и определяется из условия:. Для демонстрации сказанного посмотрите на эксперимент с дифракцией Фраунгофера на двух щелях рис. Видно, что при уменьшении ширины щели a ширина дифракционной картины увеличивается, а её яркость уменьшается, поскольку через щели проходит меньше света. При этом положение максимумов, остаётся неизменным, поскольку для данной оно определяется только периодом d см. Использование дифракционных решёток в качестве диспергирующих элементов в спектральных приборах При дифракции на решётке выполняется условие , то есть свет каждой длины волны отклоняется на свой угол. Причём, зависимость угла отклонения света от длины его волны, в отличие от призмы, почти линейная. Поэтому дифракционные решётки удобно использовать в качестве диспергирующих элементов в спектральных приборах. Для этих целей применяются отражательные решётки, выполненные с помощью нарезки на делительных машинах, или что гораздо чаще так называемые реплики , то есть копии нарезанных решёток, сделанные методом гальванопластики или каким-либо другим способом. Таким образом достигается не только снижение стоимости диспергирующих элементов, но и постоянство их качества для большой серии приборов. Дифракционные спектрографы и монохроматоры — это очень сложные и прецизионно выполненные приборы. Однако все они имеют основные элементы, показанные на рис. Число дифракционных спектров , то есть максимальное значение порядка k max , ограничено и определяется из условия:

Скачать должностную инструкцию для сборщика радиодеталей рб

Инструкция по применению очки панкова

Сотка мебельный каталог кемерово

Как выбрать джинсы по типу фигуры женские

Карта бич пхукет

Структуру районного совета депутатов

Немецкий магазин шоппинг

Какие конверты можно сделать

Ажурная сетка крючком схемыи описание

Загранпаспорт нового образца 2016 пошлина

Высказывания джейсона стетхема

Статья 23 129 фз