Що таке інтерференція і дифракція?

Роздивляючись сяюче голографічне зображення, більшість з нас навряд чи згадує фізичні терміни «дифракція» і «інтерференція світлових хвиль».

Але саме завдяки вивченню цих понять з’явилася можливість створювати голограми.

Що таке дифракція світла?

Слово «дифракція» утворено від латинського «diffractus», що означає в дослівному перекладі «заокруглення хвилями перешкоди». Як відомо, світло має хвильову природу, і його промені підкоряються хвильовим законам. Дифракцією у фізиці називають оптичні явища, що виникають, коли світлові хвилі поширюються в оптично неоднорідному середовищі з непрозорими включеннями.

Хвильова природа світла визначає його поведінку при обгинанні перешкод. Якщо перешкода у багато разів більше довжини світлової хвилі, світло не огинає його, утворюючи зону тіні. Але у випадках, коли розміри перешкод сумірні з довжиною хвилі, виникає явище дифракції. В принципі, будь-яке відхилення від геометричних оптичних законів можна віднести до дифракції.

Інтерференція хвиль

Якщо ми встановимо перед джерелом світла непрозорий екран і виконаємо в ньому точкове отвір, то проникаючі через цю точку промені світла на наступному екрані, розташованому паралельно першому, відобразяться у вигляді концентричних кілець з чергуванням світлих і темних кіл. Це явище в фізиці називають дифракцією Френеля, на ім’я вченого, який вперше виявив його і описав.

Змінивши форму отвору і зробивши його щелеобразнимі, ми отримаємо на другому екрані іншу картину. Світлові промені розташуються у вигляді ряду світлих і темних смужок, як на магазинному штрих-коді. Дифракцію світла на щелеобразнимі отворі вперше описав німецький фізик Фраунгофер, ім’ям якого вона називається досі.

Пояснити розкладання світлової хвилі на світлі і темні ділянки вчені змогли за допомогою поняття інтерференції. Кілька джерел хвильових коливань, якщо частоти їх коливань когерентні (однакові або кратні один одному), можуть посилювати випромінювання один одного, але можуть і послаблювати, в залежності від збігу фаз коливань. При обгинанні перешкод і виникненні вторинних хвиль вступає в дію їх інтерференція. На ділянках, де фази хвиль збігаються, спостерігається підвищена освітленість (яскраві світлі смужки або кола), а там, де не збігаються – освітленість знижена (темні ділянки).

Дифракційна решітка

Якщо взяти прозору пластинку і нанести на неї ряд паралельних непрозорих рисок на однаковій відстані одна від одної, то ми отримаємо дифракційну решітку. При пропущенні через неї плоского світлового фронту утворюється дифракція на непрозорих штрихах. Вторинні хвилі, взаємно послаблюючи і посилюючись, утворюють дифракційні мінімуми і максимуми, що легко виявити на екрані, поставленому за гратами.

При цьому відбувається не тільки відхилення світлових променів, але і розкладання білого світла на кольорові спектральні складові. У природі потрібна для маскування забарвлення крил метеликів, оперення птахів, зміїної луски часто утворюється завдяки використанню дифракційних і інтерференційних оптичних явищ, а не через пігментів.

Голограми

Принцип голограми був винайдений в 1947 році фізиком Д. Габором, який згодом отримав за його винахід Нобелівську премію. Тривимірне, тобто об’ємне зображення об’єкта можна зняти і записати, а потім відтворити, якщо використовувати лазерні промені. Одна з світлових хвиль називається опорною і випускається джерелом, а друга – об’єктної і відбивається від записуваного об’єкта.

На фотопластинці або іншому матеріалі, призначеному для запису, фіксується поєднання світлих і темних смуг і плям, які відображають інтерференцію електромагнітних хвиль в цій зоні простору. Якщо на фотопластинку направляють світло з довжиною хвилі, відповідної характеристикам опорної хвилі, то відбувається його перетворення в світлову хвилю, за характеристиками близьку до об’єктної. Таким чином, в світловому потоці виходить об’ємне зображення зафіксованого об’єкта.

Сьогодні нерухомі голограми можна записувати і відтворювати навіть в домашніх умовах. Для цього потрібен лазерний промінь, фотопластина і каркас, який надійно утримує в нерухомості ці пристосування, а також об’єкт записи. Для домашньої голограми відмінно підійде промінь лазерної указки зі знятою фокусує лінзою.

...
ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Властивість інертності