Явлението дифракция
Според законите на геометричната оптика светлината се разпределя по права линия в хомогенна среда. Ако по пътя си има малки дупки или препятствия, чиито размери са сравними с дълга вълна, тогава светлинната вълна ги заобикаля, т.е. законът на геометричната оптика е нарушен.
Дифракцията се нарича обвивка на вълни от препятствия, чиито размери са сравними с дълга вълна.
Анализът на дифракционните явления се извършва въз основа на принципа на Хюйгенс и законите на интерференцията. В тази унифицирана форма това положение на оптичните вълни се нарича принцип на Хюйгенс-Френел.
Оставете светлината от източника S да пада върху екрана през голям отвор в друг екран. Съгласно принципа на Хюйгенс всяка точка от участъка на предната част на светлинната вълна, която запълва дупката, може да се разглежда като собствена. източник на елементарна сферична вълна. Според Хюйгенс резултатната вълна е обвивката на целия набор от сферични елементарни вълни. Френел подобри принципа на Хюйгенс, като взе предвид разликата във фазите на елементарните вълни. според Френел източниците на елементарни вълни са кохерентни, така че идващите от тях лъчи ще си взаимодействат. В зависимост от големината на разликата в пътя на лъчите, на екрана се появяват максимална и минимална осветеност. Модифицираният по този начин принцип на Хюйгенс се нарича принцип на Хюйгенс-Френел.
Прилагаме принципа на Хюйгенс-Френел, за да намерим амплитудата на светлинно трептене, възбудено в някаква точка P от сферична вълна. Вълната се разпространява от точката на светлинния източник S в хомогенна среда.
Нека повърхността на вълната премине през точка 0 в някакъв момент от време.
Вълновата повърхност на вълната е симетрична спрямо правата SP. Възползвайки се от това обстоятелствоФренел разделя вълновата повърхност на пръстеновидни зони, както следва. Означаваме SO с a, OP=b. След това от P, увеличете радиуса с червена сфера pasright всеки път. Тези сфери в пресичане с фронта на вълната ще дадат сферичен сегмент и сферични паи. Този сегмент и пояси се наричат зони на Френел. Чертежът показва, че радиусът на k-тата зона на Френел . За да се оцени амплитудата на трептенията, е необходимо да се намери площта на зоните. Изчисленията показват, че площта на k-та зона . Както се вижда от израза, той не включва k-полирането на зоната. Това означава, че площите на зоните на Френел не са еднакви за не много големи k. Изчисленията показват, че радиусът на границата на k-тата зона на Френел е . Тази формула е приложима в случай на сферични вълни. в случай на плоски вълни. Тогава, защото , , И .
Дифракционният феномен на Фраунхофер се наблюдава на разстояние от дифракционните екрани и дупките в тях. В този случай светлинните лъчи от дифракционните обекти към точките за наблюдение преминават в паралелен лъч.
Определение: процепът в оптиката е тесен правоъгълен отвор, чиято дължина е по-голяма от ширината, нека паралелен лъч монохроматична светлина пада перпендикулярно върху полубезкраен екран, в който е направен тесен процеп.
В съответствие с принципа на G.-F. точките на слотовете са вторичен източник на кохерентни вълни. По пътя на лъчите, идващи от вторичния източник, поставяме събирателна леща L, а зад нея екран, който се намира във фокалната равнина на лещата. В резултат на дифракция на екрана ще се наблюдават max и min интерференция. Максималната интерференция ще бъде размазани изображения на прореза.
Дифракционна решетка Представлява система от успоредни процепи, разположени на еднакво разстояние един от друг. В най-простия случай дифракционна решетка се получава чрез надраскване върху стъкло, докато драскотините не сапропускат светлина и служат като параван, а някои от стъклата служат като прорези.
Решетката се характеризира със стълб или период, който е равен на сумата от разстоянията, включително размера на процепа и екрана. d=a+b, a-размер на екрана, b-размер на прореза.
Дифракционната картина, възникваща от решетката, се наблюдава в успоредни лъчи, т.е. принадлежи към категорията на дифракционните явления на Фраунхофер. Когато светлинна вълна преминава през дифракционна решетка, се наблюдава многолъчева интерференция с разделяне на фронта на вълната.
Формула, която определя позицията на основния максимален интензитет на светлината.
, където k=0,1,2,3,…
K определя реда на главния максимум. Тази формула се нарича формула на дифракционната решетка
Разделителната способност на решетката се определя по формулата , където ∆λ е най-малката разлика между дължините на вълните на 2 съседни спектрални линии с дължини на вълните λ и λ+∆λ, при която тези линии се виждат отделно в спектъра. ∆λ обикновено се определя от критерия на Rayleigh. Неговата същност е следната: 2 спектрални линии се считат за разрешени, ако max на една от тях (с голяма дължина на вълната), определена от условието, съвпада с първата допълнителна min в спектъра от същия ред m за другата линия, се определя от условието: , N-броят удари в решетката следва от тези 2 условия. , следователно или резолюцията на решетката на Релей
По този начин разделителната способност на решетката зависи от реда на спектъра m и от общия брой N на спектрите на работната част на решетката.
37. Закони за отражение и пречупване на светлината. Феноменът на пълното вътрешно отражение.
Геометричната или лъчева оптика е граничният случай на вълновата оптика при дължина на вълната. В геометричната оптика се абстрахират вълновата природа на светлината и свързаните с нея дифракционни явления.
Възможно е дифракционните ефекти да са незначителни.Например, когато светлината преминава през обектив, диаметърът на рамката е . В геометричната оптика законите за разпределение на светлината в прозрачни среди се разглеждат въз основа на идеята за набор като набор от светлинни лъчи.
Лъчът е линия, по която се разпространява светлинната енергия. В оптически хомогенна среда лъчите са праволинейни. На границата между две среди те се подчиняват на законите за отражение и пречупване.
Снопове светлинни лъчи могат да се пресичат, без да се намесват и се разпределят след пресичане независимо един от друг.
Принципът на Ферма се нарича още принцип на спонтанното време. Той гласи: "Лъч, разпространяващ се между две точки, избира път, който изисква екстремно, най-често минимално време."
Според този принцип в свободно хомогенно пространство лъчът е праволинеен.
основните закони на поведението на светлинна вълна на границата на разделяне на 2 среди. Средите се различават по скоростта на разпространение на вълновия процес в тях. В този случай обикновено се получава частично отражение на вълната и частици на проникване в друга среда, т.е. пречупване.
Удобно е да се формулират законите на геометричната оптика, като се използва концепцията за лъч.
Падащият лъч, отразеният лъч и перпендикулярът към повърхността стоят отделно от точката на падане на лъча, лежат в една и съща равнина, наречена равнина на падане.
Ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение.
Падащият лъч, пречупеният лъч и перпендикулярът към повърхността, отделно възстановен от точката на падане на лъча, лежат в една и съща равнина на падане.
Съотношението sin на ъгъла на падане към sin на ъгъла на пречупване е равно на съотношението на скоростите на вълната в двете среди.
Стойността , показва колко пъти се нарича относителен индекс на пречупване на II среда спрямо I среда.
Ако вземем вакуума като среда,където скоростта на светлината е c, тогава отношението на скоростта на светлината във вакуум към скоростта на светлината в среда се нарича абсолютен индекс на пречупване на средата.
Ако , тогава
В този случай среда II е оптически по-плътна от среда I.
Ако , тогава
Първата среда е оптически по-плътна от втората. Например среда I е стъкло, среда II е въздух. В този случай е възможно явлението пълно вътрешно отражение. Той се крие във факта, че падащата върху интерфейса светлина се отразява напълно в средата и пречупването спира. За да се осъществи това, е необходимо условие лъчът да пада върху интерфейса между среда, която е оптически по-плътна, с по-малко плътна среда.
При определена стойност на ъгъла възниква пълно вътрешно отражение. При тази стойност на ъгъла на падане ъгълът на пречупване става до и ъгълът на падане се нарича граничен ъгъл на пълно вътрешно отражение. Определете граничния ъгъл, използвайте закона за пречупване
.
Не намерихте това, което търсихте? Използвайте търсачката:
Деактивирайте adBlock! и обновете страницата (F5)наистина е необходимо