Вопрос 7: Дифракция света на отверстии Фраунгофера (в параллельных лучах).

Рассматривали дифракцию сферических или плоских волн, изучая дифракционную картину в точке наблюдения, лежащей на конечном расстоянии от препятствия. Именно этот круг вопросов был исследован Френелем, и поэтому дифракционные явления такого рода называют обычно дифракцией Френеля. Фраунгофер (1821—1822 гг.) наводил трубу на отдаленный источник света и наблюдал изображение его вблизи фокальной плоскости трубы через ее окуляр. Тип дифракции, при котором рассматривается дифракционная картина, образованная параллельными лучами, получил название дифракции Фраунгофера.. Пусть волна падает нормально к плоскости щели (рис. 18). Разобьем площадь щели на ряд узких параллельных полосок равной ширины. Каждая из этих полосок может рассматриваться как источник волн, причем фазы всех этих волн одинаковы, т.к. при нормальном падении плоскость щели совпадает с фронтом волны; кроме того, и амплитуды этих элементарных волн будут одинаковы, ибо выбранные элементы имеют равные площади и одинаково наклонены к направлению наблюдения. Графически результат сложения амплитуд для любой точки экрана можно представить векторными диаграммами рис. 19. Диаграмма рис. 19.а соответствует совпадению направления наблюдения и первоначального направления волны (φ = 0), при котором элементарные волны не приобретают никакой разности фаз. Результирующая амплитуда s = А_о. Диаграмма рис. 19.б соответствует направлению, при котором крайние элементы волнового фронта в пределах щели дают разность фаз, равную π, т. е. разность хода, равную λ/2. Это направление соответствует условию ED = bsinφ = λ/2, где b – ширина щели FE. Результирующая амплитуда выражается вектором s = 2А₀/π, т.к. s равно диаметру полуокружности, длина которой равна А_о. Диаграмма рис. 19. в соответствует разности хода лучей от крайних элементов волнового фронта, равной λ, т. е. соответствует направлению, определяемому условием bsinφ = λ (2λ, 3λ, 4λ и т.д.). Результирующая амплитуда равна нулю, т. е. минимумы, соответствуют направлениям bsinφ = mλ, где m – целое число.

 

Вопрос 6: Дифракция света.

Дифракция света – это совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света сквозь отверстия, вблизи границ непрозрачных тел и т. д. и обусловленных волновой природой света. Под дифракцией света обычно понимают отклонения от законов распространения света, описываемых геометрической оптикой. При этом размеры преград – d >> λ. Объяснение дифракции возможно с помощью принципа Гюйгенса, согласно которому каждая точка, до которой доходит волна, служит источником вторичных волн, а огибающая этих волн дает положение волнового фронта в следующий момент времени. (Рис.10) Как известно, волновой фронт – это геометрическое место точек, до которых доходят колебания к некоторому моменту времени. Геометрическое место точек, для которых колебания имеют одинаковые фазы, называют волновой поверхностью. Волновой фронт также является волновой поверхностью.

.Френель дополнил принцип Гюйгенса идеей интерференции вторичных волн. Согласно принципу Гюйгенса – Френеля, световая волна, возбуждаемая источником S, может быть представлена как результат суперпозиции когерентных вторичных волн, «излучаемых» фиктивными источниками. Такими источниками могут служить бесконечно малые элементы любой замкнутой поверхности, охватывающей источник S. Обычно в качестве такой поверхности выбирают одну из волновых поверхностей, а поэтому все фиктивные источники действуют синфазно.

 

Вопрос 5: Интерферометры.

Схема интерферометра Майкельсона изображена на рис.4,10.

Пучок света от источника падает на разделительную пластику P₁, покры­тую тонким слоем серебра или алюминия. Луч 1, прошедший через плас­тинку Р₁, отражается от зеркала S₁ и, попадая опять на пластинку Р₁, частично отражается по направлению AO к приемнику. Луч 2, который формируется за счет отражения от внутренней зеркальной стороны плас­тинки Р₁ , падает на зеркало S₂ и, отражаясь от него, походит вновь через пластинку Р₁ и сливается c лучом 1. Лучи 1, 2 когерентны, поэтому в приемнике они будут интерферировать. Так как луч 2 пересекает плас­тинку Р₁ три раза, а луч 1 - один раз, то на его пути устанавливается точно такая же пластинка Р₂, чтобы скомпенсировать добавочную опти­ческую разность хода.

Наблюдаемая интервенционная картина будет соответствовать интер­ференции в воздушном слое, образованном зеркалом S₂ и мнимым изобра­жением S₁' зеркала S₁ в пластинке Р₁. Обычно зеркала устанавливаются таким образом, чтобы эквивалентный воздушный слой имел вид клина. В этом случае наблюдаются интервенционные полосы равной толщины, рас­полагающиеся параллельно ребру воздушного клина.