Краткий курс лекций по физике

Краткий курс лекций
по физике
Сегодня: понедельник, 9 мая 2016 г.
Тема 2. ДИФРАКЦИЯ СВЕТА
2.1. Принцип Гюйгенса-Френеля
2.2. Метод зон Френеля
2.3. Дифракция Френеля от простейших
преград
2.4. Дифракция в параллельных лучах
(дифракция Фраунгофера)
2.5. Дифракция на пространственных решетках.
Дифракция рентгеновских лучей
2.6. Понятие о голографии
2.1. Принцип Гюйгенса-Френеля
Дифракцией
называется
совокупность
явлений
наблюдаемых при распространении света в среде с резкими
неоднородностями, размеры которых сравнимы с длиной
волны, и связанных с отклонениями от законов геометрической
оптики.
Явление дифракции объясняется с помощью принципа
Гюйгенса, согласно которому каждая точка, до которой доходит
волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн
задает положение волнового фронта в следующий момент
времени.
Рисунок 2.1
Согласно принципу Гюйгенса: каждую точку
фронта волны можно рассматривать как
источник вторичных волн.
Френель существенно развил этот принцип.
• Все вторичные источники фронта волны,
исходящей из одного источника, когерентны
между собой.
• Равные по площади участки волновой
поверхности излучают равные интенсивности.
•Каждый вторичный источник излучает свет
преимущественно в направлении внешней
нормали к волновой поверхности в этой точке.
•Для вторичных источников справедлив принцип
суперпозиции.
2.2. Метод зон Френеля
Границей первой (центральной) зоны служат точки
поверхности S, находящиеся на расстоянии l  λ / 2
от точки M
Рисунок 2.2
Колеб. в точке M от соседних зон - противоположны по фазе
При сложении колебаний соседних зон, они
должны взаимно ослаблять друг друга:
A  A1  A2  A3  A4  ...  Ai
(8.2.1)
площади соседних зон одинаковы, а амплитуды
A1  A2  A3  ...  Ai  ...
7
при R  l  0,1 м , λ  5  10 м  500 нм , число
5
зон N  3 10 , а радиус первой зоны r1  0,16 мм .
Амплитуды волн, приходящих в точку M от
соседних зон примерно равны.
A1
Результирующая амплитуда A 
.
2
2
Интенсивность излучения J ~ A .
Результирующая амплитуда, создаваемая в
некоторой
точке
M
всей
сферической
поверхностью, равна половине амплитуды,
создаваемой одной лишь центральной зоной, а
интенсивность J  J1 / 4.
Интенсивность света увеличивается,
закрыть все четные зоны:
J  4J1
если
2.3. Дифракция Френеля от простейших
преград
Дифракция от круглого отверстия
Рисунок 2.3.
Вид дифракционной картины зависит от числа
зон Френеля, открываемых отверстием.
1 / 2( A1  Am ) (m  нечетное),
A
1 / 2( A1  Am ) (m  четное).
(8.3.1)
Дифракция от диска
Рисунок 2.4.
Освещенность в точке M будет такой же, как и в
отсутствие
экрана.
Вследствие
симметрии
центральная светлая точка будет окружена
кольцами света и тени (вне границ геометрической
тени).
«Пятно Пуассона
2.4. Дифракция в параллельных лучах
(дифракция Фраунгофера)
Дифракция сферических волн, дифракция Френеля.
Дифракционная
картина
образующаяся
параллельными пучками, называется дифракцией
Фраунгофера.
Дифракция света на одной щели
ширина щели AB  b , длина щели l  b
λ
b sin φ  2m
2
–
условие
минимума
интенсивности;
λ
b sin φ  (2m  1)
2
–
условие
максимума
интенсивности.
Интенсивность света
2
mλ
sin φ 
b
Дифракция света на дифракционной решет
b – ширина щели решетки;
а – расстояние между
щелями;
a  b  d – постоянная
дифракционной решетки;
φ
–
угол
дифракции.
Рисунок 2.6.
В дифракционной решетке осуществляется
многолучевая
интерференция
когерентных
дифрагированных пучков света, идущих от всех
щелей.
Условие
максимума
для
решетки будет иметь вид:
дифракционной
d sin φ   mλ
порядок дифракционного максимума - m
Условие минимума для щели и будет условием
главного
дифракционного
минимума
для
решетки:
b sin φ  mλ
Количество щелей определяет световой поток
через решетку.
Рисунок 2.7.
Дифракционная решетка разлагает белый свет на
составляющие, причем отклоняет свет с большей
длиной волны (красный) на больший угол (в
отличие от призмы, где все происходит наоборот)
2.5. Дифракция на пространственных решетках.
Дифракция рентгеновских лучей
Пространственной
или
трехмерной
дифракционной решеткой называется такая
оптически неоднородная среда, в которой
неоднородности периодически повторяются при
изменении
всех
трех
пространственных
координат.
В 1913 г. русский физик Г.В. Вульф и английские
ученые отец и сын Генри и Лоуренс Брэгги,
независимо друг от друга, предложили простой
метод расчета дифракции рентгеновских лучей в
кристаллах, как
результат отражения рентгеновских лучей от
плоскостей кристалла.
Интерференционные
максимумы должны
удовлетворять условию
Вульфа-Брэггов :
2d sin θ  mλ
Рисунок 2.8.
Рисунок 2.9
Метод
рентгеноструктурного
анализа
был
предложен в 1926 г. П. Дебаем и П. Шеррером
(метод Дебая-Шеррера).
Рисунок 2.10.
На рисунке 8.10 показана дебаеграмма в методе
рентгеноструктурного анализа Дебая-Шеррера.
2.6. Понятие о голографии
Голография (от греч. holos grapho – полная запись).
В 1948г. английский физик Денис Габор высказал
идею получения объемного изображения объектов.
Советский ученый Ю.Н. Денисюк в 1962 г.
Рисунок 2.11
Голограммы обладают следующими особенностями:
• Голограмма дает объемное изображение.
• Голограмму можно разбить и каждый осколок
даст изображение.
• При воспроизведении изображения, возможно,
его увеличение или уменьшение.
• Цветные голограммы получают на
толстослойных эмульсиях.
КОНЕЦ ЛЕКЦИИ