Определение, общие положения. Принцип Гюйгенса-Френеля

Дифракция света.

Явление дифракции[6], так же как и явление интерференции, подтверждает волновую природу света. Дифракция света всегда сопровождается интерференцией дифрагированных лучей.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Дифракцией будем называть процесс отклонения света от прямолинейного распространения в однородной среде, когда свет, огибая препятствия, заходит в область геометрической тени.

Или более строго: Дифракцией называется совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в среде с резкими неоднородностями (например, вблизи границ непрозрачных или прозрачных тел, сквозь малые отверстия и т.п.) и связанных с отклонениями при распространении от законов геометрической оптики.

Между явлениями интерференции и дифракции нет существенного физического различия. Оба явления заключаются в перераспределении светового потока в результате суперпозиции волн. По историческим причинам перераспределение интенсивности, возникающее в результате суперпозиции волн, возбуждаемых конечным числом дискретных когерентных источников, принято называть интерференцией. Перераспределение интенсивности, возникающее вследствие суперпозиции волн, возбуждаемых когерентными источниками, расположенными непрерывно, принято называть дифракцией. Поэтому говорят, например, об интерференционной картине от 2 ^х узких щелей и о дифракционной картине от одной щели.

Явление дифракции было открыто в связи с решением практической задачи ® получения узкого светового луча. Проще всего получить такой луч, пропустив его через малое отверстие «К» в экране (рис.11). При каких-то определенных размерах отверстия на экране «М» получается отчетливое круглое светлое пятно «ab». Согласно законам геометрической оптики следует ожидать, что чем меньше отверстие в экране, то тем меньше диаметр светового пятна на экране «М», т.е. тем меньше становится Æ луча. Однако опыт дает неожиданный результат, оказывается, что, начиная с некоторой величины диаметра отверстия, дальнейшее его уменьшение вызывает увеличение пятна на экране (a¢b¢). При этом пятно теряет свою резкость, становится расплывчатым, освещенным неравномерно. Картина представляет собой ряд чередующихся темных и светлых колец, заполняющих область «a¢b¢». Из всего сказанного следует, что свет при определенных условиях может распространяться, не подчиняясь законам геометрической оптики, а огибая препятствия.

Проникновение световых волн в область геометрической тени (иначе говоря, анализ явления дифракции) осуществляется на основе принципа Гюйгенса-Френеля.

Согласно принципу Гюйгенса положение волнового фронта в последующие моменты времени определяется как огибающая элементарных сферических волн, излучаемых каждой точкой, до которой дошел фронт в данный момент времени (иначе: каждую точку фронта волны можно рассматривать как самостоятельный источник колебаний). Никакой интерференции между этими сферическими волнами Гюйгенс не учитывал, да и вообще не принимал во внимание фазовых соотношений. Поэтому принцип Гюйгенса в его первоначальной форме не мог служить основой волновой оптики.

Потребовалось значительное время, чтобы после принципиальных дополнений Френеля оказалось возможным применить его для истолкования дифракции.

Принцип Гюйгенса не дает сведений об амплитуде и, следовательно, об интенсивности волн, распространяющихся в различных направлениях. Френель дополнил принцип Гюйгенса представлением об интерференции вторичных волн. Он ввел представление о том, что волновое возмущение в любой точке пространства можно рассматривать как результат интерференции вторичных волн от фиктивных источников, на которые разбивается волновой фронт. Френель впервые высказал предположение, что эти фиктивные источники когерентны и поэтому могут интерферировать в любой точке пространства, в результате чего элементарные волны могут гасить или усиливать друг друга. Учет амплитуд и фаз вторичных волн позволяет найти амплитуду результирующей волны в любой точке пространства.

Развитый таким образом принцип Гюйгенса получил название принцип Гюйгенса-Френеля.

Дата добавления: 2014-01-14