Д И Ф Р А К Ц И Я С В Е Т А
Принцип Гюйгенса-Френеля для плоской и сферической волн
Виды дифракции
Дифракция Френеля Дифракция плоской волны на экране с круглым отверстием
Границы зон Френеля в плоскости отверстия
Зоны Френеля на сферическом фронте волны
Дифракционная картина от круглого отверстия
Зонная пластинка, перекрывающая четные зоны
Дифракция Френеля на круглом диске
Дифракция света от многих щелей. Дифракционная решетка
Разложение белого света в спектр с помощью дифракционной решетки
Дифракция на пространственной решетке
Разрешающая способность оптических приборов
По критерию Релея две близлежащие спектральные линии с равными интенсивностями можно видеть раздельно, если центральный максимум дифракц
2.21M
Category: physicsphysics

Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля

1. Д И Ф Р А К Ц И Я С В Е Т А

ДИФРАКЦИЯ СВЕТА
Дифракцией света называется явление отклонения света от
прямолинейного распространения в оптически неоднородной
среде с размерами неоднородностей, соизмеримыми с длиной
волны

2. Принцип Гюйгенса-Френеля для плоской и сферической волн

Принцип Гюйгенса. Каждую точку
волнового фронта можно рассматривать
как новый источник “вторичных “
сферических волн, распространяющихся
вперед по всем направлениям, в том числе
и в область геометрической тени
препятствия
Предположение Френеля. Вторичные волны
когерентны и интерферируют друг с другом

3. Виды дифракции

дифракция Френеля
дифракция Фраунгофера
(в сходящихся лучах)
(в параллельных лучах)
на препятствие падает
сферическая или плоская
волна, а дифракционная
картина наблюдается на
экране, который находится
позади препятствия
на конечном расстоянии
от него
на препятствие падает
плоская волна, а
дифракционная картина
наблюдается на экране,
который находится в
фокальной плоскости
собирающей линзы, (то есть,
в бесконечности)

4. Дифракция Френеля Дифракция плоской волны на экране с круглым отверстием

5. Границы зон Френеля в плоскости отверстия

6.

Радиусы ρm зон Френеля
m
2
rm
L m L m
2
Так, как λ<<L, то
m m L
2
Количество зон Френеля
R
m
L
2
2
4

7.

- критерий наблюдения дифракции
- граница применимости геометрической оптики

8. Зоны Френеля на сферическом фронте волны

ab
m m
a b
R ( a b)
m
ab
2

9.

Площадь зон
S m (
2
m
2
m 1
) L S1
Амплитуда колебаний, возбуждаемых m - ой зоной
A1>A2>A3> . . . .>Am
Am 1 Am 1
Аm
2
A = A1 – A2 + A3 – A4 + . . .< А1
А
А A
1
2
2
1
A
2
A
A
2 2
3
3
А
4
А
A
5
2
Аm
2
2
1

10.

Число зон m:
а) малое нечетное
(интерференционный максимум)
А1 Аm
А
А1
2
2
m=1
б) малое четное
(интерференционный минимум)
A = A1
А1 Аm
А
0
2
2
в) большое и полностью открытый волновой фронт
А1
А0
2
Амплитуда, создаваемая в некоторой точке Р всей полностью
открытой волновой поверхностью , равна половине амплитуды,
создаваемой одной лишь центральной зоной

11. Дифракционная картина от круглого отверстия

12. Зонная пластинка, перекрывающая четные зоны

m = 1; A = A1 = 2A0; I = 4I0
m=2
A=0
I=0
Зонная пластинка, перекрывающая четные зоны
Открыты 1, 3 и 5 зоны
A = 3A1 = 6A0; I = 36I0

13. Дифракция Френеля на круглом диске

A = Am + 1/2

14.

Дифракция Фраунгофера на щели

15.

Число зон Френеля на ширине щели
BC
n
2
Оптическая разность хода крайних лучей
ВС b sin
.
Если на ширине щели укладывается
четное
число зон Френеля, n=2m ,то наблюдается
дифракционный минимум
ВС= 2m( /2)
b sin m (m = ±1, ± 2, …)

16.

Если же число зон Френеля нечетное, n=2m+1,
то наблюдается дифракционный максимум
= (2m+1) /2 или bsin =(2m+1) /2
(m = 0, ±1, ± 2, …) – порядок дифракционного
максимума
В прямом направлении = 0 щель действует
как одна зона Френеля, поэтому в центре
наблюдается центральный дифракционный
максимум нулевого порядка, обладающий
наибольшей интенсивностью

17.

18.

Распределение интенсивности
I0 : I1 : I2 = 1 : 0,045 : 0,016

19.

20. Дифракция света от многих щелей. Дифракционная решетка

21.

22.

23.

В тех направлениях, в которых ни одна из щелей не
распространяет свет, будут наблюдаться минимумы
с нулевыми значениями интенсивности
b sin 2m( 2) - условие главных минимумов
m = ±1, ± 2, . . .- порядок главного минимума
Действие одной щели будет усиливаться
остальными щелями, если
=DК= BDsin =dsin
= m
d sin m
- условие главных максимумов
где m = 0, ± 1, ± 2, . . . - порядок главного максимума

24.

Вследствие взаимной интерференции световых лучей
от N щелей максимумы будут наблюдаться не во всех
тех направлениях, в которых они наблюдались в случае
одной щели. В некоторых направлениях они будут
взаимно уничтожаться, т.е. между соседними главными
максимумами возникает N -1 добавочных минимумов.
Минимум будет наблюдаться в том случае, если
колебания, идущие от первой и последней щелей
будут отличаться по фазе на 2 , т.е. Nδ = 2

25.

2
N
2
- разность хода двух лучей от
N соответствующих участков
соседних щелей
= dsin
d sin p
N
- условие дополнительных минимумов
(p=±1,±2,...±(N-1)m,±(N+1)m

26.

Амплитуда колебаний светового вектора
Amax= NA0
где A0 - амплитуда колебаний, посылаемых одной
щелью под углом
Интенсивность главных максимумов
Imax = N2 I0
С увеличением числа щелей помимо роста
интенсивности происходит резкое сужение главных
максимумов

27.

28. Разложение белого света в спектр с помощью дифракционной решетки

29. Дифракция на пространственной решетке

Δ=ED+DF=2dsin
2dsin = m - формула Вульфа – Брэгга

30. Разрешающая способность оптических приборов

Разрешающая способность это способность
давать раздельные изображения двух близких
друг к другу точек объекта

31. По критерию Релея две близлежащие спектральные линии с равными интенсивностями можно видеть раздельно, если центральный максимум дифракц

По критерию Релея две близлежащие спектральные
линии с равными интенсивностями можно видеть
раздельно, если центральный максимум
дифракционной картины одной длины волны 1
совпадает с первым минимумом другой 2

32.

33.

1. Угловая дисперсия
d
D
d
dφ – угловое расстояние между спектральными
линиями 1 и 2, отличающимися на d

34.

d sin m
d cos d md
d
m
sin
D
d d cos cos
Угловая дисперсия не зависит от параметров решетки
2.Разрешающая способность
R
d
d - наименьшая разность длин волн двух спектральных
линий, при которой они видны как раздельные

35.

По Рэлею
R mN
Дифракционная решетка будет разрешать две
спектральные линии, если
mN
d
English     Русский Rules