Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля. Метод зон Френеля. Прямолинейное распространение света. Зонная пластинка.

Дифракцией называется совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света с резкими неоднородностями и связанных с отклонениями от законов геометрической оптики. Дифракция, в частности, приводит к огибанию световыми волнами препятствий и проникновению света в область геометрической тени.

Между интерференцией и дифракцией нет существенного физического различия. Оба явления заключаются в перераспределении светового потока в результате суперпозиции волн

Принцип Гюйгенса-Френеля.

Это основной постулат волновой теории, описывающий и объясняющий механизм распространения волн, в частности, световых.

каждая точка поверхности, достигнутая световой волной, является вторичным источником световых волн. Огибающая вторичных волн становится фронтом волны в следующий момент времени. Принцип Гюйгенса объясняет распространение волн, согласующееся с законами геометрической оптики, но не может объяснить явлений дифракции.

Дифракция Френеля. – дифракционная картина, которая наблюдается на небольшом расстоянии от препятствия, по условиям, когда основной вклад в интерференционную картину дают границы экрана.

Дифракционная картина для дифракции Френеля зависит от расстояния между экранами и от расположения источников света. Её можно рассчитать, считая, что каждая точка на границе апертуры излучает сферическую волну по принципу Гюйгенса. В точке наблюдения (занимаемое вторым экраном) волны или усиливают друг друга, или гасятся в зависимости от разности хода.

Зоны Френеля – участки, на которые разбивают поверхность фронта световой волны для упрощения вычислений при определении амплитуды волны в заданной точке пространства. Метод Ф. з. используется при рассмотрении задач о дифракции волн в соответствии с Гюйгенса - Френеля принципом Рассмотрим распространение монохроматичной световой волны из точки А (источник) в какую-либо точку наблюдения В. Согласно принципу Гюйгенса - Френеля, действие источника А заменяют действием воображаемых источников, расположенных на вспомогат. поверхности S, в качестве к-рой выбирают поверхность фронта сферич. волны, идущей из А. Эту поверхность разбивают на кольцевые зоны так, чтобы расстояния от краёв зоны до точки наблюдения В отличались на l/2: S ₁ B - S ₀ B = S ₂ B - S ₁ B = S ₃ B - S ₂ B =l/2

Радиус m -й Ф. з. в случае дифракции на круглых отверстиях и экранах определяется следующим приближённым выражением (при m l<< b) где а и b - соответственно расстояния от источника и от точки наблюдения до отверстия (экрана). В случае дифракции на прямолинейных структурах (прямолинейный край экрана, щель) размер т -й Ф. з. (расстояние внеш. края зоны от линии, соединяющей источник и точку наблюдения) приближённо равен

Волновой процесс в точке В можно рассматривать как результат интерференции волн, приходящих в точку наблюдения от каждой Ф. з. в отдельности, приняв во внимание, что амплитуда колебаний от каждой зоны медленно убывает с ростом номера зоны, а фазы колебаний, вызываемых в точке В смежными зонами, противоположны. Поэтому волны, приходящие в точку наблюдения от двух смежных зон, ослабляют друг друга и амплитуда результирующего колебания в точке В меньше, чем амплитуда, создаваемая действием одной центр. зоны. Следовательно, действие всей волны в точке наблюдения В сводится к действию её малого участка, меньшего, чем центр. зона, т. е. использование Ф. з. даёт возможность наглядно объяснить прямолинейное распространение света с точки зрения его волновой природы.

Зонная пластинка — плоскопараллельная стеклянная пластинка с выгравированными концентрическими окружностями, радиус которых совпадает с радиусами зон Френеля. Зонная пластинка «выключает» чётные либо нечётные зоны Френеля.

Закон прямолинейного распространения света: в прозрачной однородной среде свет распространяется по прямым линиям. В связи с законом прямолинейного распространения света появилось понятие световой луч, которое имеет геометрический смысл как линия, вдоль которой распространяется свет.