3. Дифракция света.

Общие положения, принцип Гюйгенса-Френеля

Дифракция света - совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света сквозь малые отверстия, вблизи границ непрозрачных тел и т.д. и обусловленных природой света. Под дифракцией света обычно понимают отклонения от законов распространения света, описываемых геометрической оптикой. Дифракция и интерференция света имеют общую физическую природу. Оба явления заключаются в перераспределении светового потока в результате суперпозиции волн (если имеется конечное число когерентных источников (интерференция от двух узких щелей), то говорят об интерференции, если же когерентные источники распределены непрерывно (щель дифракционной решетки), то говорят о дифракции).

Явление дифракции, общее для всех волновых процессов. Как пример можно привести огибание звуковыми волнами (т.е дифракция звуковых волн) препятствий, которое постоянно наблюдается в обыденной жизни. Для наблюдения дифракции от света нужно создать специальные условия. Это обусловлено малостью длин волн световых волн. Как известно, чем меньше длина волны, тем меньше отклонение от законов геометрической оптики.

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 (см. рис.1).Фронт волны – это геометрическое место точек, до которых доходят колебания к некоторому моменту времени. Геометрическое место точек, для которых колебания имеют одинаковые фазы называют волновой поверхностью.

Пусть для примера параллельный фронт волны падает на отверстие в непрозрачном экране (см. рис.2). Согласно Гюйгенсу, каждая точка выделяемого отверстием участка волнового фронта служит источником вторичных волн. Построив огибающие для некоторого момента времени, видим, что фронт волны заходит в область геометрической тени, т.е. волны заходят в область геометрической тени, иными словами, наблюдается явление дифракции.

Принцип Гюйгенса позволяет решать задачу лишь о направлении распространения волнового фронта, однако не затрагивает по существу вопроса об амплитуде, а следовательно и об интенсивности распространяющихся за преградой световых волн. Этот недостаток принципа Гюйгенса восполнил Френель, дополнив его идеей интерференции вторичных волн. Благодаря этому огибающая поверхность (фронт волны) приобрела ясный физический смысл как поверхность, где благодаря взаимной интерференции вторичных волн результирующая интенсивность имеет заметную величину.

При рассмотрении дифракционных явлений выделяют два крайних случая - наблюдение дифракции по методу Френеля и по методу Фраунгофера. Физическая природа и того о другого типа явлений заключается в многолучевой интерференции вторичных волн, а основное отличие - в месте расположения дифракционной картины. В случае дифракции Френеля изменение интенсивности наблюдается в конкретных точках пространства, и рассматривается в первую очередь для точек, расположенных на оси системы. При рассмотрении дифракции по методу Фраунгофера дифракционная картина расположена в бесконечности и изменение интенсивности наблюдается для различных направлений. Перенося дифракционную картину из бесконечности в фокус линзы можно отчетливо наблюдать её структуру.