Слайд 2Дифракция - совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в средах,
включающих неоднородности, из-за которых наблюдается отклонение от законов геометрической оптики.
Проявление дифракции - огибание светом препятствий и проникновение в область геометрической тени.
Слайд 5Виды дифракции
Френеля
Фраунгофера
S
сходящиеся и расходящиеся лучи (источник и точки наблюдения близко
к препятствию)
параллельные лучи (источник и точки наблюдения на бесконечности)
a
b
Э
Слайд 6Френель Огюст Жан
(1788 - 1827)
французский физик, член
Парижской академии наук.
Фраунгофер Йозеф
(1787- 1826)
немецкий физик, профессор Мюнхенского
университета.
Слайд 7Критерий вида дифракции:
- дифракция Фраунгофера
- дифракция Френеля
- геометрическая оптика
r –
линейный размер препятствия,
b – расстояние от препятствия до экрана
Слайд 8Принцип Гюйгенса
(качественное объяснение дифракции)
Каждая точка фронта волны является источником
вторичных волн, огибающая которых образует новый фронт волны.
Слайд 12Метод зон Френеля
Амплитуда результирующей волны в любой точке может быть
найдена как результат интерференции всех вторичных волн с учетом их
фаз и амплитуд.
Слайд 14Пусть от источника света S распространяется монохроматическая сферическая волна, P
- точка наблюдения. Разобьем сферическую волновую поверхность на кольцевые зоны
I, II, III и т.д. так, чтобы расстояния от краев зоны до точки P отличались на λ/2.
Слайд 16Колебания, возбуждаемые в точке Р двумя соседними зонами, противоположны по
фазе из-за разности хода λ/2. Такие колебания гасят друг друга.
Слайд 17Гашение неполное, т.к. каждая следующая зона создает в т. Р
колебания меньшей амплитуды, чем предыдущая.
Слайд 18Дифракция
Зоны Френеля
Видеоклип «Зоны Френеля»
Слайд 19Метод векторных диаграмм
Разобьем каждую зону на много узких кольцевых подзон.
Изобразим колебание, создаваемое каждой подзоной в т. Р , в
виде маленькой стрелочки на векторной диаграмме. Стрелочки повернуты друг относительно друга на угол Δϕ, соответствующий сдвигу фаз колебаний.
Слайд 20
Каждая следующая стрелочка чуть короче предыдущей.
конец 1-й зоны
конец 2-й зоны
действие
всех зон
Слайд 21Как видно из рисунка,
Весь фронт волны создает в т. Р
интенсивность в 4 раза меньшую, чем одна только 1-я зона.
Волна сама себя частично гасит.
Слайд 22Дифракция Френеля на круглом отверстии
Поставим на пути световой волны ширму
с круглым отверстием радиуса R.
Слайд 23Зоны Френеля в плоскости
отверстия радиуса R.
Радиус m-й зоны:
а
– от источника до препятствия,
b – от препятствия до
экрана
ширма
При а = ∞:
Слайд 24Если открыто четное число зон m, то
В точке P -
темное пятно.
Слайд 25В точке P – светлое пятно.
Если открыто нечетное число зон
m, то
Слайд 26Дифракция на отверстии
Видеоклип «Дифракция на круглом отверстии»
Слайд 27Резюме:
Если отверстие открывает четное число зон Френеля, то в точке
P будет наблюдаться минимум, так как все открытые зоны можно
объединить в соседние пары, колебания которых в точке P приблизительно гасят друг друга.
При нечетном числе зон в точке P будет максимум, так как колебания одной зоны останутся непогашенными.
Слайд 28Дифракция света на прямоугольном и круглом отверстиях.
Слайд 29Если на пути световых волн поставить пластинку, которая перекрывает все
четные зоны, то интенсивность света в точке P резко возрастает.
Амплитуда
в этой точке равна сумме амплитуд от нечетных зон: A=A1+A3+A5+...
Такая пластинка называется
зонной пластинкой
(видеоклип)
Зонные пластинки
Она действует подобно линзе.
Слайд 30Дифракция Френеля на диске
Точечный источник посылает световую волну на круглый
непрозрачный диск D.
Слайд 31Если закрыть m первых зон Френеля, то
В центре экрана
всегда будет светлое пятно от m+1-й зоны.
Это пятно называют
пятном Пуассона.
Слайд 32Дифракция Френеля на полуплоскости и щели
0
х
Р
Δ
Разобьем волновую поверхность на зоны
в виде полосок так, чтобы разность хода Δ была примерно
одинакова. Площадь полосок убывает в обе стороны от т. Р, убывает и создаваемая ими амплитуда колебаний.
Слайд 33Спираль Корню
Каждая стрелочка изображает колебание, создаваемое одной полоской. Зеленая стрела
– результирующее колебание.
Слайд 35Дифракция Фраунгофера на щели
На щель шириной b падает плоская
монохроматическая волна,
ϕ - угол дифракции.
Слайд 36Применим метод Френеля. Разобьем щель на зоны (на рисунке их
три). Разность хода лучей, идущих от краев каждой зоны равна
λ/2. Тогда на отрезке bsinϕ (красный) полволны уложится столько раз k, сколько зон открыто.
Слайд 37При четном числе зон (k=2m)они попарно гасят друг друга. Получим
условие минимума:
При нечетном k = 2m + 1 колебания одной из зон не
будут погашены, получим условие максимума:
Слайд 38Зависимость интенсивности света от угла дифракции
Слайд 39
Дифракция лазерного пучка от щели
Слайд 40Дифракционная решетка
Правильная структура из большого числа щелей называется дифракционной
решеткой.
Слайд 41d = a+b – параметр или постоянная дифракционной решетки
Слайд 42Дифракция
Дифракция света на дифракционной решетке
Видеоклип «Дифракционная решетка»
Слайд 43При дифракции на многих щелях имеет место наложение лучей, идущих
как от одной и той же щели, так и от
соседних щелей. В одних направлениях щели гасят друг друга, а в других усиливают.
Слайд 44В спектре решетки есть три вида особых точек:
Главные минимумы. Это
“старые” минимумы. Они получаются в тех же направлениях, что и
для одной щели. “Щель сама себя гасит”. Условие: bsinϕ =±mλ (m=1,2,3…).
Главные максимумы. В этих направлениях щели усиливают друг друга. Условие:
dsinϕ = ±kλ (k=0,1,2,…).
3)Дополнительные минимумы. В них щели гасят друг друга. Условие:
N – число щелей
Слайд 45главные максимумы
дополнительные минимумы
Между двумя соседними главными макси-мумами N-1 дополнительный минимум.
Слайд 46Распределение интенсивности при дифракции на решетках с различным числом щелей
N. I0 – интенсивность при дифракции на одной щели.
Слайд 47Число главных максимумов можно найти, зная , что sinϕ ≤
Слайд 48Разложение белого света в спектр с помощью дифракционной решетки
Слайд 49Красный свет
Фиолетовый свет
спектральные линии
Слайд 50Разрешающая способность оптических приборов
Δλ - минимальная разность длин волн соседних
спектральных линий, воспринимаемых раздельно
Слайд 51Критерий Рэлея
Линии разрешены, если главный максимум линии λ + Δλ совпадает с
дополнительным минимумом линии λ.
Слайд 52Предел разрешения по Релею – это
минимальное угловое расстояние между максимумами,
которые еще можно различить:
Слайд 53Разрешающая способность дифракционной решетки:
Слайд 54Разрешающая способность объектива:
Слайд 55Глаз действует как объектив. Роль D играет диаметр зрачка глаза
dзр. Полагая dзр = 3 мм, λ = 550 нм, получим предельное угловое разрешение глаза:
Слайд 56Дифракция на пространственной решетке
Роль дифракционной решетки могут играть кристаллы.
Дифракцию на
кристаллах наблюдают в рентгеновских лучах, т.к. нужна маленькая λ.
Слайд 57d – межатомное расстояние
θ – угол скольжения
Слайд 58Формула Вульфа-Брэггов
дает условие дифракционных максимумов
Слайд 59Применение рентгеновской дифракции:
Рентгеноструктурный анализ.
По известным λ и θ находят межатомные
расстояния и определяют кристаллическую структуру.
Рентгеновская спектроскопия.
По известным d и θ
находят длину волны.
Электронография и нейтронография.
Последняя позволяет определить магнитную структуру вещества.
Слайд 60Схема рентгеновского спектрографа с вращающимся кристаллом
Дифракция
Слайд 61Голография
Позволяет по дифракционной картине полностью восстановить объемное изображение предмета.