Дифракція світла — фізика

Дифракцією світла називається явище відхилення світла від прямолінійного напрямку поширення при проходженні поблизу перешкод.

У класичній фізиці, явище дифракції описується як інтерференція хвилі відповідно до принципу Гюйгенса-Френеля. Ці характерні моделі поведінки проявляються, коли хвиля зустрічає перешкоду або щілину, яка порівнянна за розмірами з її довжиною хвилі. Подібні ефекти виникають, коли світлова хвиля проходить через середовище із змінним показником заломлення, або коли звукова хвиля проходить через середовище зі зміною акустичного імпедансу. Дифракція відбувається з усіма видами хвиль, в тому числі звуковими хвилями, вітровими хвилями і електромагнітними хвилями, а також з видимим світлом, рентгенівськими променями і радіохвилями.

Оскільки фізичні об’єкти мають хвильові властивості (на атомному рівні), дифракція відбувається також з речовинами і може бути вивчена відповідно до принципів квантової механіки.

Ефекти дифракції часто зустрічаються в повсякденному житті. Найбільш яскравими прикладами дифракції є ті, які пов’язані зі світлом; наприклад, близько розташовані доріжки на CD або DVD дисках виступають в якості дифракційної решітки. Дифракція в атмосфері дрібних частинок може призвести до яскравого кільцю, яке видно біля яскравого джерела світла, такого як сонце або місяць. Спекл, який спостерігається, коли лазерний промінь падає на оптично нерівну поверхню, також є дифракцією. Всі ці ефекти є наслідком того факту, що світло поширюється у вигляді хвилі.

Дифракція може статися з будь-яким видом хвилі.

Океанські хвилі розсіюють навколо пристаней та інших перешкод. Звукові хвилі можуть переломлюватися навколо об’єктів, тому можна почути, що хтось кличе, навіть коли він ховається за деревом.

Історія

Ефекти дифракції світла були добре відомі за часів Грімальді Франческо Марії, який також ввів термін дифракції. Результати, отримані, Грімальді були опубліковані посмертно в 1665 році. Томас Юнг провів знаменитий експеримент в 1803 році, демонструючи інтерференцію від двох близько розташованих щілин. Пояснюючи свої результати за допомогою інтерференції хвиль, що виходять від двох різних щілин, він зробив висновок, що світло повинне поширюватися у вигляді хвиль. Френель зробив більш точні дослідження і розрахунки дифракції, які були опубліковані в 1815 м. В основу своєї теорії Френель використовує визначення світла, розроблене Християном Гюйгенсом, доповнивши його ідеєю про інтерференції вторинних хвиль. Експериментальне підтвердження теорії Френеля стало одним з головних доказів хвильової природи світла. В даний час ця теорія відома як принцип Гюйгенса-Френеля.

Дифракція на щілині

Довга щілину нескінченно малої ширини, яка освітлюється світлом, переломлює світло в серію кругових хвиль і в хвильовий фронт, який виходить з щілини і є циліндричної хвилею однорідної інтенсивності. Щілина, яка ширше, ніж довжина хвилі виробляє ефекти інтерференції в просторі на виході з щілини. Їх можна пояснити тим, що щілина веде себе так, як ніби вона має велику кількість точкових джерел, які розподілені рівномірно по всій ширині щілини. Аналіз цієї системи спрощується, якщо розглядати світло однієї довжини хвилі. Якщо падаюче світло є когерентним, ці всі джерела мають однакову фазу.

Дифракційна решітка

Дифракційна решітка представляє собою оптичний компонент з періодичною структурою, який розщеплює і дифрагує світло на кілька променів, що поширюються в різних напрямках.

Світло, дифрагованим на решітці визначається шляхом підсумовування світла, діфрагованого від кожного з елементів, і по суті є сверткой дифракційних і інтерференційних картин.

 

Посилання на основну публікацію