Явище дифракції
За законами геометричної оптики в однорідному середовищі світло розподіляється прямолінійно. Якщо ж своєму шляху зустрічаються невеликі отвори чи перешкоди, розміри якого можна порівняти з довгою хвилі, то світлова хвиля огинає їх, тобто. порушується закон геометричної оптики.
Дифракцією називається обгинання хвилями перешкод, розміри яких можна порівняти з довгою хвилі.
Аналіз явищ дифракції складає основі принципу Гюйгенса і законів інтерференції. У такому об'єд.виді це положення хвиль оптики отримало назву принципу Гюйгенса-Френеля.
Нехай світло від джерела S падає на екран через велике отвір в іншому екрані. Відповідно до принципу Гюйгенса кожна точка ділянки фронту світлової хвилі, яка заповнює отвір, можна розглянути, як самост. джерело елементарної сферичної хвилі. За Гюйгенсом результат.хвиля є сферичною елем.хвиль. Френель удосконалив принцип Гюйгенса тим, що врахував різницю фаз элем.волн. згідно Френелю джерела елементарних хвиль когерентні, тому промені, що виходять від них, будуть інтерферувати між собою. Залежно від величини різниці ходу променів на екрані виникають max та min освітленості. Змінений у такий спосіб принцип Гюйгенса називається принципом Гюйгенса – Френеля.
Застосуємо принцип Гюйгенса – Френеля знаходження амплітуди світлового коливання, возб.в певній точці P сферичною хвилею. Хвиля розподіляється від точки джерела світла S в однорідному середовищі.
Нехай деякий момент часу поверхня хвилі проходить через точку 0.
Хвильова поверхня хвилі симетрична щодо прямої SP. Скориставшись цією обставиноюФренель розбив хвильову поверхню на кільцеві зони в такий спосіб. Позначимо SO через a, OP = b. Потім з P, збільшуючи кожен раз радіус на пасраїт ред сфер. Ці сфери в перетин з хвильовим фронтом дадуть кульовий сегмент і кульові паяси. Цей сегмент та пояси називаються зонами Френеля. З креслення видно, що радіус k-ої зони Френеля. Для оцінки амплітуди коливань необхідно визначити площу зон. Розрахунки показують, що площа k-ої зони . Як видно з виразу, до нього не входить k-полір зони. Це означає, що не за надто великих k площі зон Френеля однакові. Розрахунки показують, що радіус вк.кордону k-ої зони Френеля. Ця формула застосовна у разі сферичних хвиль. У разі плоских хвиль. Тоді, т.к. , , і .
Дифракційне явище Фраунгофера спостерігають з відривом від дифраючих екранах і отворів у яких. При цьому пучки світла від об'єктів, що дифрагують, до точок спостереження йдуть паралельним пучком.
Визначення: щілиною в оптиці називають вузький отвір прямокутної форми, довжина якої більша за ширину, нехай паралельний пучок монохроматичного світла падає перпендикулярно на напівнескінченний екран, в якому зроблена вузька щілина.
Відповідно до принципу Г.-Ф. точки щілини є вторинним джерелом когерентних хвиль. На шляху променів, що йдуть від вторинного джерела, поставимо збірну лінзу Л, а за нею екран, який розташований у фокусній площині лінзи. У результаті дифракції на екрані будуть спостерігатися інтерференційний max і min. Інтерференційний max буде розмиті зображення щілини.
Дифракційна решітка Є системою паралельних щілин, розташованих на рівних відстанях один від одного. У найпростішому випадку дифракційні грати отримують дряпанням на склі, при цьому подряпини непропускають світло і служать екраном, а деякі уч скла служать щілинами.
Решітка характеризується пост або періодом, що дорівнює сумі відстаней, включаючи розчин щілини та екрану. d=a+b, a- розмір екрану, b – розмір щілини.
Дифракційна картина, що виникла від ґрат, спостерігається у паралельних променях, тобто. відноситься до розряду дифракційних явищ Фраунгофера. Під час проходження світлової хвилі через дифракційну решітку спостерігається багатопроменева інтерференція з поділом фронту хвилі.
Формула, що визначає положення головного max інтенсивності світла.
, Де k = 0,1,2,3, ...
K визначає порядок головного максимуму. Ця формула носить назву формули дифракційної решітки
Роздільна здатність решітки визначається формулою , де ∆λ – найменше різниця довжин хвиль двох сусідніх спектральних ліній з довжинами хвиль λ і λ+∆λ, коли він ці лінії у спекторі видно окремо. ∆λ зазвичай визначається критерієм Релея. Суть його в наступному: 2 спектральні лінії вважаються дозволеними, якщо max однієї з них (з великою довжиною хвилі), що визначається умовою збігаються з першим додатковим min в спектрі цього ж порядку m для іншої лінії, визначається умовою: , N-число штрихів у решітці з цих двох умов випливає . , звідси або здатність решітки по Релею
Таким чином, роздільна здатність решітки залежить від порядку спектру m і від загального числа N спектрів робочої частини решітки.
37. Закони відображення та заломлення світла. Явище повного внутрішнього відбиття.
Геометричною або променевою оптикою називають граничний випадок хвильової оптики при довжині хвилі. У геометричній оптиці відволікаються від хвильової природи світла та пов'язані з нею дифракційні явища.
Це можливо дифракційні ефекти дуже малі.Наприклад, при проходженні світла через лінзу діаметр оправи якої . У геометричній оптиці розглядають закони розподілу світла в прозорих середовищах на основі уявлення про сет, як про сукупність світлових променів.
Промінь – лінія, вздовж якої поширюється світлова енергія. В оптично однорідному середовищі промені прямолінійні. На межі поділу двох середовищ вони підпорядковуються законам відображення та заломлення.
Пучки світлових променів можуть перетнутися не інтерферуючи і розподіляючись після перетину незалежно один від одного.
Принцип Ферма називається принципом спонтанного часу. Він говорить: «Промінь поширюючись між двома точками вибирає шлях, що вимагає екстремального, найчастіше мінімального часу».
Відповідно до цього принципу у вільному однорідному просторі промінь прямолінійний.
Основні закони поведінки світлової хвилі на межі поділу двох середовищ. Середовища відрізняються швидкостями поширення них хвильового процесу. У цьому зазвичай відбувається часткове відбиток хвилі і часток проникнення інше середовище, тобто. заломлення.
Закони геометричної оптики зручно формулювати, користуючись поняттям променя.
Промінь падаючий, промінь відбитий і перпендикуляр до поверхні роздільно вистоїть з точки падіння променя лежать в одній площині, що називається площиною падіння.
Кут падіння дорівнює куту відбиття.
Промінь падаючий, промінь заломлений і перпендикуляр до поверхні роздільно восст з точки падіння променя лежать в одній площині падіння.
Відношення sin кута падіння до sin кута заломлення дорівнює відношенню швидкостей хвиль в обох середовищах.
Величина , показує скільки разів називається відносним показником заломлення II середовища щодо I середовища.
Якщо в якості I середовища взяти вакуум,де швидкість світла дорівнює с, то відношення швидкість світла у вакуумі до швидкості світла в середовищі називається абсолютним показником заломлення середовища.
Якщо то
І тут II середовище оптично більш щільна, ніж I середовище.
Якщо ж , то
I середовище оптично більш щільне ніж друге. Наприклад, I середовище – скло, II середовище – повітря. І тут можливе явище повного внутрішнього відбиття. Воно полягає в тому, що світло, що падає на межу розділу повністю відображається в середу, а заломлення припиняється. Для цього необхідно умова падіння променя на межу розділу середовища, оптично більш щільною з меншою середовищем.
Повне внутрішньо віддзеркалення настає за певного значення кута . При цьому значенні кута падіння кут заломлення стає до кут падіння називається граничним кутом повного внутрішнього відображення. Визначимо граничний кут, скористаємося законом заломлення
.
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком:
Вимкніть adBlock! і оновіть сторінку (F5)дуже потрібно