უკან წინ

ყურადღება! სლაიდების გადახედვა მხოლოდ საინფორმაციო მიზნებისთვისაა და შესაძლოა არ წარმოადგენდეს პრეზენტაციის ყველა მახასიათებელს. თუ გაინტერესებთ ეს ნამუშევარი, გთხოვთ გადმოწეროთ სრული ვერსია.

(გაკვეთილი ახალი ცოდნის მიღების შესახებ, მე-11 კლასი, პროფილის დონე – 2 საათი).

გაკვეთილის საგანმანათლებლო მიზნები:

• გაეცანით სინათლის დიფრაქციის ცნებას
• ახსენით სინათლის დიფრაქცია ჰიუგენს-ფრენელის პრინციპის გამოყენებით
• წარმოგიდგენთ ფრენელის ზონების კონცეფციას
• ახსენით დიფრაქციული ბადეების სტრუქტურა და მუშაობის პრინციპი

გაკვეთილის განმავითარებელი მიზნები

• დიფრაქციული შაბლონების ხარისხობრივი და რაოდენობრივი აღწერის უნარების განვითარება

აღჭურვილობა: პროექტორი, ეკრანი, პრეზენტაცია.

Გაკვეთილის გეგმა

• სინათლის დიფრაქცია
• ფრენელის დიფრაქცია
• ფრაუნჰოფერის დიფრაქცია
• დიფრაქციული ბადე

გაკვეთილების დროს.

1. საორგანიზაციო მომენტი.

2. ახალი მასალის სწავლა.

დიფრაქცია- ტალღების მოხვევის ფენომენი მათ გზაზე შემხვედრი დაბრკოლებების გარშემო, ან უფრო ფართო გაგებით - ტალღის გავრცელების ნებისმიერი გადახრა დაბრკოლებებთან გეომეტრიული ოპტიკის კანონებიდან. დიფრაქციის წყალობით, ტალღები შეიძლება მოხვდნენ გეომეტრიული ჩრდილის არეალში, დაბრუნდნენ დაბრკოლებების გარშემო, შეაღწიონ ეკრანის პატარა ხვრელებს და ა.შ. მაგალითად, ხმა აშკარად ისმის სახლის კუთხეში, ანუ ხმის ტალღა. ირგვლივ იხრება.

თუ სინათლე ტალღური პროცესია, რაზეც დამაჯერებლად მიუთითებს ჩარევის ფენომენი, მაშინ სინათლის დიფრაქციაც უნდა დაფიქსირდეს.

სინათლის დიფრაქცია- სინათლის სხივების გადახრის ფენომენი გეომეტრიული ჩრდილის მიდამოში, როდესაც გადის დაბრკოლებების კიდეებს ან ხვრელებს, რომელთა ზომები შედარებულია სინათლის ტალღის სიგრძესთან ( სლაიდი No2).

ის ფაქტი, რომ სინათლე სცილდება დაბრკოლებების კიდეებს, ადამიანებისთვის დიდი ხანია ცნობილია. ამ ფენომენის პირველი მეცნიერული აღწერა ფ.გრიმალდის ეკუთვნის. გრიმალდიმ სინათლის ვიწრო სხივში მოათავსა სხვადასხვა საგნები, განსაკუთრებით თხელი ძაფები. ამ შემთხვევაში, ეკრანზე ჩრდილი უფრო ფართო აღმოჩნდა, ვიდრე უნდა იყოს გეომეტრიული ოპტიკის კანონების მიხედვით. გარდა ამისა, ჩრდილის ორივე მხარეს აღმოჩნდა ფერადი ზოლები. მცირე ხვრელში სინათლის წვრილი სხივის გავლისას გრიმალდი ასევე ამჩნევდა გადახრას სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელების კანონისგან. ხვრელის მოპირდაპირე ნათელი ლაქა უფრო დიდი აღმოჩნდა, ვიდრე მოსალოდნელი იყო სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელებისთვის ( სლაიდი No2).

1802 წელს ტ. იანგმა, რომელმაც აღმოაჩინა სინათლის ჩარევა, ჩაატარა კლასიკური ექსპერიმენტი დიფრაქციაზე ( სლაიდი ნომერი 3).

გაუმჭვირვალე ეკრანზე მან ერთმანეთისგან მცირე მანძილზე ქინძისთავით გაჭრა ორი პატარა ხვრელი B და C. ეს ხვრელები განათებული იყო სინათლის ვიწრო სხივით, რომელიც გადიოდა სხვა ეკრანის პატარა ხვრელში A. სწორედ ამ დეტალმა, რომელიც იმ დროს ძალიან ძნელი მოსაფიქრებელი იყო, გადაწყვიტა ექსპერიმენტის წარმატება. ყოველივე ამის შემდეგ, მხოლოდ თანმიმდევრული ტალღები ერევა. სფერული ტალღა, რომელიც წარმოიქმნება ჰაიგენსის პრინციპის შესაბამისად A ხვრელიდან, იწვევს თანმიმდევრულ რხევებს B და C ხვრელებში. დიფრაქციის გამო B და C ხვრელებიდან ორი სინათლის კონუსი წარმოიქმნა, რომლებიც ნაწილობრივ გადახურულია. ამ ორი სინათლის ტალღის ჩარევის შედეგად ეკრანზე მონაცვლეობითი ნათელი და მუქი ზოლები გამოჩნდა. ერთ-ერთი ხვრელის დახურვა. იანგმა აღმოაჩინა, რომ ჩარევის ფარდები გაქრა. სწორედ ამ ექსპერიმენტის დახმარებით იუნგმა პირველად გაზომა სხვადასხვა ფერის სინათლის სხივების შესაბამისი ტალღის სიგრძე და საკმაოდ ზუსტად.

დიფრაქციის თეორია

ფრანგი მეცნიერი O. Fresnel არა მხოლოდ ექსპერიმენტულად შეისწავლა დიფრაქციის სხვადასხვა შემთხვევები უფრო დეტალურად, არამედ ააშენა დიფრაქციის რაოდენობრივი თეორია. ფრენელმა დააფუძნა თავისი თეორია ჰაიგენსის პრინციპზე, შეავსო იგი მეორადი ტალღების ჩარევის იდეით. ჰაიგენსის პრინციპმა თავდაპირველ ფორმაში შესაძლებელი გახადა მხოლოდ ტალღის ფრონტის პოზიციების პოვნა შემდგომ დროს, ანუ ტალღის გავრცელების მიმართულების დადგენა. არსებითად, ეს იყო გეომეტრიული ოპტიკის პრინციპი. ფრენელმა შეცვალა ჰაიგენსის ჰიპოთეზა მეორადი ტალღების გარსის შესახებ ფიზიკურად მკაფიო პოზიციით, რომლის მიხედვითაც მეორადი ტალღები, რომლებიც მიდიან დაკვირვების წერტილში, ერევიან ერთმანეთს ( სლაიდი ნომერი 4).

არსებობს დიფრაქციის ორი შემთხვევა:

თუ დაბრკოლება, რომელზეც ხდება დიფრაქცია, მდებარეობს სინათლის წყაროსთან ან ეკრანთან, რომელზეც ხდება დაკვირვება, მაშინ შემთხვევის ან დიფრაქციული ტალღების წინა მხარეს აქვს მრუდი ზედაპირი (მაგალითად, სფერული); ამ შემთხვევას ფრენელის დიფრაქცია ეწოდება.

თუ დაბრკოლების ზომა გაცილებით მცირეა, ვიდრე მანძილი წყარომდე, მაშინ დაბრკოლებაზე ტალღის ინციდენტი შეიძლება ჩაითვალოს ბრტყლად. სიბრტყე ტალღის დიფრაქციას ხშირად უწოდებენ ფრაუნჰოფერის დიფრაქციას ( სლაიდი ნომერი 5).

ფრენელის ზონის მეთოდი.

მარტივი ობიექტების დიფრაქციული შაბლონების მახასიათებლების ახსნა ( სლაიდი ნომერი 6), ფრენელმა მოიფიქრა მეორადი წყაროების დაჯგუფების მარტივი და ვიზუალური მეთოდი - ფრენელის ზონების აგების მეთოდი. ეს მეთოდი იძლევა დიფრაქციის შაბლონების სავარაუდო გამოთვლას ( სლაიდი ნომერი 7).

ფრენელის ზონები– მეორადი ტალღების თანმიმდევრული წყაროების ნაკრები, რომელთა შორის მაქსიმალური გზის სხვაობა ტოლია λ/2.

თუ გზათა სხვაობა ორი მიმდებარე ზონიდან ტოლია λ /2 მაშასადამე, მათგან რხევები მიდის M დაკვირვების წერტილში საპირისპირო ფაზებით, ასე რომ ფრესნელის ნებისმიერი ორი მიმდებარე ზონის ტალღები ანადგურებენ ერთმანეთს(სლაიდი ნომერი 8).

მაგალითად, მცირე ხვრელში სინათლის გავლისას, დაკვირვების წერტილში შესაძლებელია როგორც ნათელი, ასევე ბნელი ლაქის აღმოჩენა. ეს იძლევა პარადოქსულ შედეგს: სინათლე არ გადის ხვრელში!

დიფრაქციული შედეგის ასახსნელად, საჭიროა დავაკვირდეთ, რამდენი ფრესნელი ზონა ჯდება ხვრელში. ხვრელზე მოთავსებისას ზონების უცნაური რაოდენობა მაქსიმუმ(მსუბუქი ლაქა). ხვრელზე მოთავსებისას ზონების ლუწი რაოდენობა, მაშინ სადამკვირვებლო პუნქტში იქნება მინიმალური(ბნელი ადგილი). სინამდვილეში, სინათლე, რა თქმა უნდა, გადის ხვრელში, მაგრამ ჩარევის მაქსიმუმი ჩნდება მეზობელ წერტილებში ( სლაიდი No9 -11).

Fresnel ზონის ფირფიტა.

ფრესნელის თეორიიდან შეიძლება მივიღოთ არაერთი გასაოცარი, ზოგჯერ პარადოქსული შედეგი. ერთ-ერთი მათგანია ზონის ფირფიტის, როგორც შემგროვებელი ობიექტივის გამოყენების შესაძლებლობა. ზონის ფირფიტა- გამჭვირვალე ეკრანი მონაცვლეობით მსუბუქი და მუქი რგოლებით. რგოლების რადიუსი შეირჩევა ისე, რომ გაუმჭვირვალე მასალისგან დამზადებული რგოლები მოიცავს ყველა ლუწი ზონას, შემდეგ კი მხოლოდ კენტი ზონებიდან რხევები, რომლებიც ხდება იმავე ფაზაში, მოდის დაკვირვების წერტილამდე, რაც იწვევს სინათლის ინტენსივობის ზრდას დაკვირვების წერტილში ( სლაიდი ნომერი 12).

ფრენელის თეორიის მეორე მნიშვნელოვანი შედეგი არის ნათელი წერტილის არსებობის წინასწარმეტყველება ( პუასონის ლაქები) გეომეტრიული ჩრდილის არეში გაუმჭვირვალე ეკრანიდან ( სლაიდი No13-14).

გეომეტრიული ჩრდილის მიდამოში კაშკაშა ლაქის დასაკვირვებლად აუცილებელია, რომ გაუმჭვირვალე ეკრანმა გადაფაროს ფრენელის ზონების მცირე რაოდენობა (ერთი ან ორი).

ფრაუნჰოფერის დიფრაქცია.

თუ დაბრკოლების ზომა გაცილებით მცირეა, ვიდრე მანძილი წყარომდე, მაშინ დაბრკოლებაზე ტალღის ინციდენტი შეიძლება ჩაითვალოს ბრტყლად. თვითმფრინავის ტალღა ასევე შეიძლება მიღებულ იქნას სინათლის წყაროს შემგროვებელი ლინზის ფოკუსში მოთავსებით ( სლაიდი ნომერი 15).

სიბრტყე ტალღის დიფრაქციას ხშირად უწოდებენ ფრაუნჰოფერის დიფრაქციას, რომელსაც გერმანელი მეცნიერის ფრაუნჰოფერის სახელი ეწოდა. ამ ტიპის დიფრაქცია განსაკუთრებით განიხილება ორი მიზეზის გამო. ჯერ ერთი, ეს არის დიფრაქციის უფრო მარტივი სპეციალური შემთხვევა და მეორეც, ასეთი დიფრაქცია ხშირად გვხვდება სხვადასხვა ოპტიკურ ინსტრუმენტებში.

ჭრილის დიფრაქცია

სინათლის დიფრაქციის შემთხვევას ჭრილით დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს. როდესაც ჭრილი განათებულია მონოქრომატული სინათლის პარალელური სხივით, ეკრანზე მიიღება მუქი და ღია ზოლების სერია, რომლებიც სწრაფად მცირდება ინტენსივობით ( სლაიდი ნომერი 16).

თუ შუქი ეცემა ჭრილის სიბრტყეს პერპენდიკულარულად, მაშინ ზოლები განლაგებულია სიმეტრიულად ცენტრალურ ზოლთან შედარებით, ხოლო განათება პერიოდულად იცვლება ეკრანის გასწვრივ, მაქსიმალური და მინიმალური პირობების შესაბამისად ( სლაიდი No17, ფლეშ ანიმაცია „სინათლის დიფრაქცია ჭრილით“).

დასკვნა:

• ა) ჭრილის სიგანე მცირდება, ცენტრალური სინათლის ზოლი ფართოვდება;
• ბ) მოცემული ჭრილის სიგანეზე, რაც უფრო დიდია მანძილი ზოლებს შორის, მით მეტია სინათლის ტალღის სიგრძე;
• გ) მაშასადამე, თეთრი სინათლის შემთხვევაში, არსებობს სხვადასხვა ფერის შესაბამისი ნიმუშების ნაკრები;
• დ) ამ შემთხვევაში, ძირითადი მაქსიმუმი საერთო იქნება ყველა ტალღის სიგრძისთვის და გამოჩნდება თეთრი ზოლის სახით, ხოლო გვერდითი მაქსიმუმები არის ფერადი ზოლები მონაცვლეობითი ფერებით იისფერიდან წითელამდე.

დიფრაქცია ორი ჭრილით.

თუ არსებობს ორი იდენტური პარალელური ჭრილი, მაშინ ისინი იძლევიან იდენტურ გადახურვის დიფრაქციის ნიმუშებს, რის შედეგადაც მაქსიმუმები შესაბამისად გაძლიერებულია და, გარდა ამისა, ხდება ტალღების ურთიერთჩარევა პირველი და მეორე ჭრილებიდან. შედეგად, მინიმალური იქნება იმავე ადგილებში, რადგან ეს ის მიმართულებებია, რომლითაც არცერთი ჭრილი არ აგზავნის სინათლეს. გარდა ამისა, არსებობს შესაძლო მიმართულებები, რომლებშიც ორი ჭრილით გამოსხივებული შუქი არღვევს ერთმანეთს. ამრიგად, ორ მთავარ მაქსიმას შორის არის ერთი დამატებითი მინიმუმი და მაქსიმუმები ვიწროვდება, ვიდრე ერთი ჭრილით ( სლაიდები No18-19). რაც უფრო მეტია ჭრილების რაოდენობა, მით უფრო მკვეთრად არის განსაზღვრული მაქსიმუმები და უფრო ფართო მინიმუმებითაა ისინი გამოყოფილი. ამ შემთხვევაში სინათლის ენერგია გადანაწილებულია ისე, რომ მისი უმეტესი ნაწილი მაქსიმუმზე მოდის, ხოლო ენერგიის მცირე ნაწილი მინიმუმამდე ( სლაიდი No20).

დიფრაქციული ბადე.

დიფრაქციული ბადე არის დიდი რაოდენობით ძალიან ვიწრო ჭრილების კოლექცია, რომლებიც გამოყოფილია გაუმჭვირვალე სივრცეებით ( სლაიდი No21). თუ მონოქრომატული ტალღა ეცემა ბადეზე, მაშინ ჭრილები (მეორადი წყაროები) ქმნის თანმიმდევრულ ტალღებს. გრილის უკან მოთავსებულია შემგროვებელი ლინზა, რასაც მოჰყვება ეკრანი. ბადეების სხვადასხვა ჭრილებიდან სინათლის ჩარევის შედეგად ეკრანზე შეიმჩნევა მაქსიმალური და მინიმალური სისტემა ( სლაიდი No22).

ყველა მაქსიმუმის პოზიცია, გარდა ძირითადისა, დამოკიდებულია ტალღის სიგრძეზე. აქედან გამომდინარე, თუ თეთრი შუქი ეცემა ბადეზე, ის იშლება სპექტრად. მაშასადამე, დიფრაქციული ბადე არის სპექტრული მოწყობილობა, რომელიც გამოიყენება სინათლის სპექტრად დასაშლელად. დიფრაქციული ბადეების გამოყენებით შეგიძლიათ ზუსტად გაზომოთ ტალღის სიგრძე, რადგან დიდი რაოდენობის ჭრილებით, მაქსიმალური ინტენსივობის არეები ვიწროვდება, გადაიქცევა თხელ ნათელ ზოლებად, ხოლო მაქსიმუმებს შორის მანძილი (მუქი ზოლების სიგანე) იზრდება ( სლაიდი No23-24).

დიფრაქციული ბადეების გარჩევადობა.

დიაფრაქციული ბადეების შემცველი სპექტრული ინსტრუმენტებისთვის მნიშვნელოვანია ორი სპექტრული ხაზის ცალ-ცალკე დაკვირვების შესაძლებლობა, რომლებსაც აქვთ ახლო ტალღის სიგრძე.

ორი მსგავსი ტალღის სიგრძის მქონე ორი სპექტრალური ხაზის ცალ-ცალკე დაკვირვების უნარს ეწოდება ბადეების გარჩევადობა ( სლაიდი No25-26).

თუ გვსურს ორი მჭიდრო სპექტრული ხაზის ამოხსნა, მაშინ აუცილებელია იმის უზრუნველსაყოფად, რომ თითოეული მათგანის შესაბამისი ჩარევის მაქსიმუმი მაქსიმალურად ვიწრო იყოს. დიფრაქციული ბადეების შემთხვევაში, ეს ნიშნავს, რომ ხაზების ჯამური რაოდენობა უნდა იყოს რაც შეიძლება დიდი. ამრიგად, კარგ დიფრაქციულ ბადეებში, რომლებსაც აქვთ დაახლოებით 500 სტრიქონი მილიმეტრზე, საერთო სიგრძით დაახლოებით 100 მმ, ხაზების საერთო რაოდენობა არის 50000.

მათი გამოყენების მიხედვით, ბადეები შეიძლება იყოს ლითონის ან მინის. საუკეთესო ლითონის ბადეებს აქვს 2000 ხაზამდე მილიმეტრზე ზედაპირზე, ჯამური სიგრძით 100-150 მმ. ლითონის ბადეებზე დაკვირვება ხორციელდება მხოლოდ არეკლილი სინათლეზე, ხოლო შუშის ღობეებზე - ყველაზე ხშირად გადამცემ შუქზე.

ჩვენი წამწამები, მათ შორის არსებული სივრცეებით, ქმნიან უხეშ დიფრაქციულ ბადეს. თუ ნათელ შუქის წყაროს თვალი ადევნებთ, დაინახავთ ცისარტყელას ფერებს. დიფრაქციის და სინათლის ჩარევის ფენომენები ეხმარება

ბუნება აფერადებს ყველა ცოცხალ არსებას საღებავების გამოყენების გარეშე ( სლაიდი No27).

3. მასალის პირველადი კონსოლიდაცია.

საკონტროლო კითხვები

1. რატომ არის ხმის დიფრაქცია ყოველდღე უფრო აშკარა, ვიდრე სინათლის დიფრაქცია?
2. რა არის ფრენელის დამატებები ჰაიგენსის პრინციპში?
3. როგორია ფრენელის ზონების აგების პრინციპი?
4. როგორია ზონის ფირფიტების მუშაობის პრინციპი?
5. როდის შეინიშნება ფრენელის დიფრაქცია და ფრაუნჰოფერის დიფრაქცია?
6. რა განსხვავებაა ფრენელის დიფრაქციას წრიული ხვრელით, როდესაც განათებულია მონოქრომატული და თეთრი შუქით?
7. რატომ არ შეინიშნება დიფრაქცია დიდ ხვრელებსა და დიდ დისკებზე?
8. რა განსაზღვრავს, ხვრელით გახსნილი ფრესნელის ზონების რაოდენობა იქნება ლუწი თუ კენტი?
9. რა დამახასიათებელი ნიშნები აქვს პატარა გაუმჭვირვალე დისკზე დიფრაქციით მიღებულ დიფრაქციის შაბლონს?
10. რა განსხვავებაა დიფრაქციულ ნიმუშს შორის ჭრილში, როდესაც განათებულია მონოქრომატული და თეთრი შუქით?
11. რა არის ჭრილის მაქსიმალური სიგანე, რომლის ინტენსივობის მინიმუმები მაინც იქნება დაცული?
12. როგორ მოქმედებს ტალღის სიგრძისა და ჭრილის სიგანის გაზრდა ფრაუნჰოფერის დიფრაქციაზე ერთი ჭრილიდან?
13. როგორ შეიცვლება დიფრაქციული ნიმუში, თუ გამაგრებული ხაზების ჯამური რაოდენობა გაზრდილია ღეროს მუდმივის შეცვლის გარეშე?
14. რამდენი დამატებითი მინიმუმი და მაქსიმუმი ჩნდება ექვსნაპრალი დიფრაქციის დროს?
15. რატომ ყოფს დიფრაქციული ბადე თეთრ შუქს სპექტრად?
16. როგორ განვსაზღვროთ დიფრაქციული ბადეების სპექტრის უმაღლესი რიგი?
17. როგორ იცვლება დიფრაქციის ნიმუში, როდესაც ეკრანი შორდება ბადეს?
18. თეთრი სინათლის გამოყენებისას რატომ არის მხოლოდ ცენტრალური მაქსიმუმი თეთრი და გვერდითი მაქსიმუმები ცისარტყელის ფერის?
19. რატომ უნდა იყოს ხაზები დიფრაქციულ ბადეზე ერთმანეთთან მჭიდროდ დაშორებული?
20. რატომ უნდა იყოს ინსულტების დიდი რაოდენობა?

ზოგიერთი ძირითადი სიტუაციის მაგალითები (ცოდნის პირველადი კონსოლიდაცია) (სლაიდი No. 29-49)

1. დიფრაქციული ბადე 0,004 მმ მუდმივით განათებულია 687 ნმ ტალღის სიგრძის სინათლით. რა კუთხით უნდა განხორციელდეს დაკვირვება ბადეზე, რათა დავინახოთ მეორე რიგის სპექტრის გამოსახულება ( სლაიდი No29).
2. 500 ნმ ტალღის სიგრძის მონოქრომატული შუქი ეცემა დიფრაქციულ ბადეზე, რომელსაც აქვს 500 ხაზი 1 მმ-ზე. შუქი პერპენდიკულარულად ურტყამს ბადეს. რა არის სპექტრის უმაღლესი რიგის დაკვირვება? ( სლაიდი No30).
3. დიფრაქციული ბადე განლაგებულია ეკრანის პარალელურად მისგან 0,7 მ მანძილზე. განსაზღვრეთ ხაზების რაოდენობა 1 მმ-ზე ამ დიფრაქციული ბადესთვის, თუ 430 ნმ ტალღის სიგრძის სინათლის სხივის ნორმალური დაცემისას, ეკრანზე პირველი დიფრაქციის მაქსიმუმი მდებარეობს ცენტრალური სინათლის ზოლიდან 3 სმ მანძილზე. დავუშვათ, რომ sinφ ≈ tanφ ( სლაიდი No31).
4. დიფრაქციული ბადე, რომლის პერიოდია 0,005 მმ, მდებარეობს ეკრანის პარალელურად, მისგან 1,6 მ მანძილზე და განათებულია 0,6 მკმ ტალღის სიგრძის სინათლის სხივით, რომელიც ნორმალურად ეშვება ბადეზე. დაადგინეთ მანძილი დიფრაქციის ნიმუშის ცენტრსა და მეორე მაქსიმუმს შორის. დავუშვათ, რომ sinφ ≈ tanφ ( სლაიდი ნომერი 32).
5. დიფრაქციული ბადე 10-5 მ პერიოდით მდებარეობს ეკრანის პარალელურად მისგან 1,8 მ მანძილზე. ბადე განათებულია 580 ნმ ტალღის სიგრძის შუქის ჩვეულებრივ შემოჭრილი სხივით. ეკრანზე დიფრაქციის ნიმუშის ცენტრიდან 20,88 სმ დაშორებით, შეინიშნება მაქსიმალური განათება. განსაზღვრეთ ამ მაქსიმუმის თანმიმდევრობა. დავუშვათ, რომ sinφ ≈ tanφ ( სლაიდი ნომერი 33).
6. დიფრაქციული ბადეის გამოყენებით 0,02 მმ პერიოდის განმავლობაში, პირველი დიფრაქციული გამოსახულება მიიღეს ცენტრალურიდან 3,6 სმ დაშორებით, ხოლო ბადედან 1,8 მ მანძილზე. იპოვნეთ სინათლის ტალღის სიგრძე ( სლაიდი No34).
7. მეორე და მესამე რიგის სპექტრები დიფრაქციული ბადეების ხილულ რეგიონში ნაწილობრივ გადაფარავს ერთმანეთს. რა ტალღის სიგრძე შეესაბამება მესამე რიგის სპექტრში 700 ნმ ტალღის სიგრძეს მეორე რიგის სპექტრში? ( სლაიდი No35).
8. სიბრტყე მონოქრომატული ტალღა, რომლის სიხშირეა 8 1014 ჰც, ჩვეულებრივ ექცევა დიფრაქციულ ბადეზე 5 μm პერიოდის განმავლობაში. 20 სმ ფოკუსური სიგრძის შემგროვებელი ლინზა მოთავსებულია მის უკან ბადეების პარალელურად.დიფრაქციული ნიმუში შეინიშნება ეკრანზე ლინზის ფოკუსურ სიბრტყეში. იპოვეთ მანძილი 1-ლი და მე-2 ბრძანებების მის მთავარ მაქსიმუმებს შორის. დავუშვათ, რომ sinφ ≈ tanφ ( სლაიდი No36).
9. რა არის მთლიანი პირველი რიგის სპექტრის სიგანე (ტალღის სიგრძე 380 ნმ-დან 760 ნმ-მდე) მიღებული ეკრანზე, რომელიც მდებარეობს დიფრაქციული ბადედან 3 მ მანძილზე 0,01 მმ პერიოდით? ( სლაიდი No37).
10. რა უნდა იყოს დიფრაქციული ბადეის მთლიანი სიგრძე, რომელსაც აქვს 500 სტრიქონი 1 მმ-ზე, რათა გადაწყვიტოს ორი სპექტრული ხაზი 600.0 ნმ და 600.05 ნმ ტალღის სიგრძით? ( სლაიდი No40).
11. დაადგინეთ დიფრაქციული ბადეების გარჩევადობა, რომლის პერიოდი არის 1,5 მკმ და რომლის მთლიანი სიგრძეა 12 მმ, თუ მასზე 530 ნმ ტალღის სიგრძის სინათლე ეცემა ( სლაიდი No42).
12. რა ხაზების მინიმალური რაოდენობა უნდა შეიცავდეს ბადე, რათა ორი ყვითელი ნატრიუმის ხაზი 589 ნმ და 589,6 ნმ ტალღის სიგრძით შეიძლება გაიხსნას პირველი რიგის სპექტრში. რა არის ასეთი გისოსის სიგრძე, თუ გისოსის მუდმივი არის 10 μm ( სლაიდი No44).
13. განსაზღვრეთ ღია ზონების რაოდენობა შემდეგი პარამეტრებით:
    R =2 მმ; a=2,5 მ; b=1,5 მ
    ა) λ=0,4 მკმ.
    ბ) λ=0,76 მკმ ( სლაიდი No45).
14. 1.2 მმ ჭრილი განათებულია მწვანე შუქით ტალღის სიგრძით 0.5 მკმ. დამკვირვებელი მდებარეობს ჭრილიდან 3 მ მანძილზე. დაინახავს ის დიფრაქციის ნიმუშს ( სლაიდი No47).
15. 0.5 მმ ჭრილი განათებულია მწვანე შუქით 500 ნმ ლაზერისგან. ჭრილიდან რა მანძილზე შეიძლება მკაფიოდ დაფიქსირდეს დიფრაქციული ნიმუში ( სლაიდი No49).

4. საშინაო დავალება (სლაიდი No50).

სახელმძღვანელო: § 71-72 (G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev. Physics.11).

ფიზიკის ამოცანების კრებული No1606,1609,1612, 1613,1617 (გ.ნ. სტეპანოვა).

თეთრი და ნებისმიერი რთული სინათლე შეიძლება ჩაითვალოს სხვადასხვა სიგრძის მონოქრომატული ტალღების სუპერპოზიციად, რომლებიც დამოუკიდებლად იქცევიან ბადეებით დიფრაქციისას. შესაბამისად, პირობები (7), (8), (9) თითოეული ტალღის სიგრძისთვის დაკმაყოფილდება სხვადასხვა კუთხით, ე.ი. სინათლეზე მონოქრომატული კომპონენტები სივრცით გამოყოფილი გამოჩნდება. mth რიგის (m≠0) ძირითადი დიფრაქციის მაქსიმუმების ერთობლიობას ბადეზე სინათლის დაცემის ყველა მონოქრომატული კომპონენტისთვის ეწოდება mth რიგის დიფრაქციის სპექტრი.

ნულოვანი რიგის მთავარი დიფრაქციის მაქსიმუმის პოზიცია (ცენტრალური მაქსიმუმი φ=0) არ არის დამოკიდებული ტალღის სიგრძეზე და თეთრი სინათლისთვის ის თეთრ ზოლს ჰგავს. დიფრაქციული სპექტრი mth რიგის (m≠0) შემხვედრი თეთრი სინათლისთვის აქვს ფერადი ზოლის ფორმა, რომელშიც გვხვდება ცისარტყელას ყველა ფერი, ხოლო რთული სინათლისთვის სპექტრული ხაზების სიმრავლის სახით, რომელიც შეესაბამება მონოქრომატულს. კომპონენტები, რომლებიც ხვდებიან რთული სინათლის დიფრაქციულ ბადეზე (ნახ. 2).

დიფრაქციულ ბადეს, როგორც სპექტრულ მოწყობილობას აქვს შემდეგი ძირითადი მახასიათებლები: გარჩევადობა R, კუთხური დისპერსია D და დისპერსიის რეგიონი G.

ორი სპექტრული ხაზის ტალღის სიგრძეში უმცირეს განსხვავებას δλ, რომელზედაც სპექტრული აპარატი წყვეტს ამ ხაზებს, ეწოდება სპექტრული ხსნადი მანძილი, ხოლო მნიშვნელობა არის აპარატის გარჩევადობა.

სპექტრული გარჩევადობის პირობა (რეილის კრიტერიუმი):

λ და λ' ახლო ტალღის სიგრძის სპექტრული ხაზები განიხილება გადაწყვეტილად, თუ დიფრაქციის ნიმუშის ძირითადი მაქსიმუმი ერთი ტალღის სიგრძისთვის ემთხვევა პირველ დიფრაქციულ მინიმუმს იმავე თანმიმდევრობით სხვა ტალღისთვის.

რეილის კრიტერიუმის გამოყენებით ვიღებთ:

, (10)

სადაც N არის დიფრაქციაში ჩართული ხაზების (ნაპრალების) რაოდენობა, m არის დიფრაქციული სპექტრის რიგი.

და მაქსიმალური გარჩევადობა:

, (11)

სადაც L არის დიფრაქციული ბადეების მთლიანი სიგანე.

კუთხური დისპერსია D არის სიდიდე, რომელიც განისაზღვრება, როგორც კუთხური მანძილი მიმართულებებს შორის ორი სპექტრული ხაზისთვის, რომლებიც განსხვავდება ტალღის სიგრძეში 1-ით.

და
.

ძირითადი დიფრაქციული მაქსიმუმის მდგომარეობიდან

(12)

დისპერსიული რეგიონი G - სპექტრული ინტერვალის Δλ მაქსიმალური სიგანე, რომლის დროსაც არ არის მეზობელი რიგის დიფრაქციული სპექტრების გადახურვა.

, (13)

სადაც λ არის სპექტრული ინტერვალის საწყისი საზღვარი.

ინსტალაციის აღწერა.

ტალღის სიგრძის განსაზღვრის ამოცანა დიფრაქციული ბადეების გამოყენებით მოდის დიფრაქციის კუთხეების გაზომვამდე. ეს გაზომვები ამ ნამუშევარში შესრულებულია გონიომეტრით (პროტრაქტორი).

გონიომეტრი (ნახ. 3) შედგება შემდეგი ძირითადი ნაწილებისგან: ფუძე ცხრილით (I), რომელზედაც იბეჭდება ძირითადი სკალა გრადუსებში (აკრიფეთ –L); კოლიმატორი (II) მყარად დამაგრებული ბაზაზე და ოპტიკური მილი (III) დამონტაჟებული რგოლზე, რომელსაც შეუძლია ბრუნოს ღერძის გარშემო, რომელიც გადის სცენის ცენტრში. რგოლზე ერთმანეთის საპირისპიროდ განლაგებულია ორი ვერნიე N.

კოლიმატორი არის მილაკი F1 ლინზით, რომლის ფოკუსურ სიბრტყეში არის ვიწრო ჭრილი S, დაახლოებით 1 მმ სიგანით და მოძრავი ოკულარი O საჩვენებელი ძაფით H.

ინსტალაციის მონაცემები:

გონიომეტრის ძირითადი მასშტაბის უმცირესი განყოფილების ფასია 1 0.

ვერნიეს გაყოფის ფასია 5.

დიფრაქციის ბადე მუდმივი
, [მმ].

ლაბორატორიულ სამუშაოებში სინათლის წყაროდ გამოიყენება ვერცხლისწყლის ნათურა (DRSh 250 – 3), რომელსაც აქვს დისკრეტული ემისიის სპექტრი. ნამუშევარი ზომავს ყველაზე კაშკაშა სპექტრული ხაზების ტალღის სიგრძეებს: ლურჯი, მწვანე და ორი ყვითელი (ნახ. 2ბ).

მოვიდა მსუბუქი ნიავი და ტალღები (პატარა სიგრძისა და ამპლიტუდის ტალღა) მიედინებოდა წყლის ზედაპირზე, აწყდებოდა სხვადასხვა დაბრკოლებებს მის გზაზე, წყლის ზედაპირის ზემოთ, მცენარის ღეროებს, ხის ტოტებს. ტოტის უკან მოქცეულ მხარეს წყალი მშვიდია, არეულობა არ არის და ტალღა მცენარის ღეროების ირგვლივ იხრება.

ტალღის დიფრაქცია (ლათ. დიფრაქტუსი– გატეხილი) ტალღები, რომლებიც იხრება სხვადასხვა დაბრკოლებების გარშემო. ტალღის დიფრაქცია დამახასიათებელია ნებისმიერი ტალღური მოძრაობისთვის; ხდება იმ შემთხვევაში, თუ დაბრკოლების ზომები ტალღის სიგრძეზე მცირეა ან მასთან შედარებით.

სინათლის დიფრაქცია არის სინათლის გადახრის ფენომენი გავრცელების სწორხაზოვანი მიმართულებიდან დაბრკოლებებთან გავლისას. დიფრაქციის დროს სინათლის ტალღები იღუნება გაუმჭვირვალე სხეულების საზღვრებში და შეუძლიათ შეაღწიონ გეომეტრიული ჩრდილის რეგიონში.
დაბრკოლება შეიძლება იყოს ხვრელი, უფსკრული ან გაუმჭვირვალე ბარიერის კიდე.

სინათლის დიფრაქცია გამოიხატება იმაში, რომ სინათლე შეაღწევს გეომეტრიული ჩრდილის მიდამოში სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელების კანონის დარღვევით. მაგალითად, პატარა მრგვალ ხვრელში სინათლის გავლისას, ეკრანზე უფრო დიდ ნათელ ლაქას ვპოულობთ, ვიდრე მოსალოდნელია ხაზოვანი გავრცელებით.

სინათლის მოკლე ტალღის სიგრძის გამო, სინათლის გადახრის კუთხე სწორხაზოვანი გავრცელების მიმართულებიდან მცირეა. ამიტომ, დიფრაქციის მკაფიოდ დასაკვირვებლად აუცილებელია ძალიან მცირე დაბრკოლებების გამოყენება ან ეკრანის განთავსება დაბრკოლებებისგან შორს.

დიფრაქცია აიხსნება ჰაიგენს-ფრენელის პრინციპის საფუძველზე: ტალღის ფრონტის თითოეული წერტილი მეორადი ტალღების წყაროა. დიფრაქციის ნიმუში წარმოიქმნება მეორადი სინათლის ტალღების ჩარევის შედეგად.

A და B წერტილებში წარმოქმნილი ტალღები თანმიმდევრულია. რა შეიმჩნევა ეკრანზე O, M, N წერტილებზე?

დიფრაქცია აშკარად შეინიშნება მხოლოდ დისტანციებზე

სადაც R არის დაბრკოლების დამახასიათებელი ზომები. უფრო მოკლე დისტანციებზე მოქმედებს გეომეტრიული ოპტიკის კანონები.

დიფრაქციის ფენომენი აწესებს შეზღუდვას ოპტიკური ინსტრუმენტების გარჩევადობაზე (მაგალითად, ტელესკოპი). შედეგად, ტელესკოპის ფოკალურ სიბრტყეში ყალიბდება რთული დიფრაქციის ნიმუში.

დიფრაქციული ბადე - არის ერთ სიბრტყეში განლაგებული ვიწრო, პარალელური, ერთმანეთთან ახლოს გამჭვირვალე უბნების (ნაპრალების) ერთობლიობა, რომლებიც გამოყოფილია გაუმჭვირვალე სივრცეებით.

დიფრაქციული ბადეები შეიძლება იყოს ამრეკლავი ან გადამცემი სინათლის. მათი მოქმედების პრინციპი იგივეა. ბადე მზადდება გამყოფი აპარატის გამოყენებით, რომელიც პერიოდულად პარალელურად დარტყმებს აკეთებს მინაზე ან ლითონის ფირფიტაზე. კარგი დიფრაქციული ბადე შეიცავს 100000-მდე ხაზს. აღვნიშნოთ:

ა- ჭრილების (ან ამრეკლი ზოლების) სიგანე სინათლისთვის გამჭვირვალე;
ბ– გაუმჭვირვალე სივრცეების (ან სინათლის გაფანტული უბნების) სიგანე.
მაგნიტუდა d = a + bეწოდება დიფრაქციული ბადეების პერიოდს (ან მუდმივას).

ბადეებით შექმნილი დიფრაქციული ნიმუში რთულია. იგი ავლენს ძირითად მაქსიმუმებს და მინიმუმებს, მეორად მაქსიმუმებს და დამატებით მინიმუმებს ჭრილის მიერ დიფრაქციის გამო.
ძირითად მაქსიმუმებს, რომლებიც წარმოადგენს ვიწრო კაშკაშა ხაზებს სპექტრში, პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს სპექტრების შესწავლისას დიფრაქციული ბადეების გამოყენებით. თუ თეთრი შუქი ეცემა დიფრაქციულ ბადეზე, მის შემადგენლობაში შემავალი თითოეული ფერის ტალღები ქმნიან საკუთარ დიფრაქციის მაქსიმუმს. მაქსიმუმის პოზიცია დამოკიდებულია ტალღის სიგრძეზე. ნულოვანი სიმაღლეები (კ = 0 ) ყველა ტალღის სიგრძისთვის იქმნება დაცემის სხივის მიმართულებით (β = 0 ), ამიტომ დიფრაქციულ სპექტრში არის ცენტრალური ნათელი ზოლი. მისგან მარცხნივ და მარჯვნივ შეინიშნება სხვადასხვა რიგის ფერის დიფრაქციის მაქსიმუმები. ვინაიდან დიფრაქციის კუთხე ტალღის სიგრძის პროპორციულია, წითელი სხივები უფრო მეტად გადახრილია, ვიდრე იისფერი სხივები. გაითვალისწინეთ განსხვავება ფერების თანმიმდევრობაში დიფრაქციულ და პრიზმულ სპექტრებში. ამის წყალობით, დიფრაქციული ბადე გამოიყენება როგორც სპექტრული აპარატი, პრიზმასთან ერთად.

დიფრაქციული ბადეზე გავლისას სინათლის ტალღა სიგრძით λ ეკრანი მისცემს ინტენსივობის მინიმუმებისა და მაქსიმუმების თანმიმდევრობას. ინტენსივობის მაქსიმუმი შეინიშნება β კუთხით:

სადაც k არის მთელი რიცხვი, რომელსაც ეწოდება დიფრაქციის მაქსიმალური რიგი.

ძირითადი შეჯამება:

ფიზიკაში სინათლის დიფრაქცია არის გეომეტრიული ოპტიკის კანონებიდან გადახრის ფენომენი სინათლის ტალღების გავრცელების დროს.

Ტერმინი " დიფრაქცია"მოდის ლათინურიდან დიფრაქტუსი, რაც სიტყვასიტყვით ნიშნავს "ტალღები, რომლებიც დაბრკოლების ირგვლივ იხრება". თავდაპირველად დიფრაქციის ფენომენი სწორედ ასე განიხილებოდა. სინამდვილეში, ეს ბევრად უფრო ფართო კონცეფციაა. მიუხედავად იმისა, რომ ტალღის გზაზე დაბრკოლების არსებობა ყოველთვის იწვევს დიფრაქციას, ზოგიერთ შემთხვევაში ტალღები შეიძლება დაიღუნონ მის ირგვლივ და შეაღწიონ გეომეტრიული ჩრდილის რეგიონში, ზოგ შემთხვევაში ისინი მხოლოდ გადახრილი არიან გარკვეული მიმართულებით. სიხშირის სპექტრის გასწვრივ ტალღების დაშლა ასევე დიფრაქციის გამოვლინებაა.

როგორ ვლინდება სინათლის დიფრაქცია?

გამჭვირვალე ერთგვაროვან გარემოში სინათლე მოძრაობს სწორი ხაზით. სინათლის სხივის გზაზე მოვათავსოთ გაუმჭვირვალე ეკრანი პატარა წრის ფორმის ნახვრეტით. მის უკან მდებარე საკმარისად დიდ მანძილზე მდებარე დაკვირვების ეკრანზე ჩვენ დავინახავთ დიფრაქციული სურათი: მონაცვლეობით მსუბუქი და მუქი რგოლები. თუ ეკრანზე ხვრელს ნაპრალის ფორმა აქვს, დიფრაქციული ნიმუში განსხვავებული იქნება: წრეების ნაცვლად ვნახავთ პარალელურად მონაცვლეობით შუქსა და მუქ ზოლებს. რა იწვევს მათ გამოჩენას?

ჰიუგენს-ფრენელის პრინციპი

ისინი ცდილობდნენ აეხსნათ დიფრაქციის ფენომენი ჯერ კიდევ ნიუტონის დროს. მაგრამ ამის გაკეთება შეუძლებელი იყო სინათლის კორპუსკულური თეორიის საფუძველზე, რომელიც იმ დროს არსებობდა.

კრისტიან ჰაიგენსი

1678 წელს ჰოლანდიელმა მეცნიერმა კრისტიან ჰიუგენსმა გამოიტანა მისი სახელობის პრინციპი, რომლის მიხედვითაც. ტალღის ფრონტის თითოეული წერტილი(ზედაპირი, რომელსაც ტალღა მიაღწევს) არის ახალი მეორადი ტალღის წყარო. ხოლო მეორადი ტალღების ზედაპირების გარსი აჩვენებს ტალღის ფრონტის ახალ პოზიციას. ამ პრინციპმა შესაძლებელი გახადა სინათლის ტალღის მოძრაობის მიმართულების დადგენა და სხვადასხვა შემთხვევაში ტალღის ზედაპირის აგება. მაგრამ მან ვერ ახსნა დიფრაქციის ფენომენი.

ავგუსტინ ჟან ფრენელი

მრავალი წლის შემდეგ, 1815 წ ფრანგი ფიზიკოსიავგუსტინ ჟან ფრენელიშეიმუშავა ჰაიგენსის პრინციპი თანმიმდევრობისა და ტალღის ჩარევის ცნებების შემოღებით. ჰაიგენსის პრინციპის დამატების შემდეგ მან ახსნა დიფრაქციის მიზეზი მეორადი სინათლის ტალღების ჩარევით.

რა არის ჩარევა?

ჩარევასუპერპოზიციის ფენომენს უწოდებენ თანმიმდევრული(იგივე ვიბრაციის სიხშირის მქონე) ტალღები ერთმანეთის წინააღმდეგ. ამ პროცესის შედეგად ტალღები ან აძლიერებენ ერთმანეთს, ან ასუსტებენ ერთმანეთს. ჩვენ ვაკვირდებით სინათლის ჩარევას ოპტიკაში, როგორც მონაცვლეობით მსუბუქი და მუქი ზოლები. სინათლის ტალღების ჩარევის ნათელი მაგალითია ნიუტონის რგოლები.

მეორადი ტალღების წყაროები იგივე ტალღის ფრონტის ნაწილია. ამიტომ, ისინი თანმიმდევრულია. ეს ნიშნავს, რომ ჩარევა შეინიშნება გამოსხივებულ მეორად ტალღებს შორის. სივრცის იმ წერტილებში, სადაც სინათლის ტალღები ძლიერდება, ჩვენ ვხედავთ სინათლეს (მაქსიმალური განათება), და სადაც ისინი ანადგურებენ ერთმანეთს, ჩვენ ვხედავთ სიბნელეს (მინიმალურ განათებას).

ფიზიკაში განიხილება სინათლის დიფრაქციის ორი ტიპი: ფრენელის დიფრაქცია (დიფრაქცია ხვრელით) და ფრაუნჰოფერის დიფრაქცია (დიფრაქცია ჭრილით).

ფრენელის დიფრაქცია

ასეთი დიფრაქცია შეიძლება შეინიშნოს, თუ სინათლის ტალღის გზაზე მოთავსებულია გაუმჭვირვალე ეკრანი ვიწრო მრგვალი ნახვრეტით (დიფრაგმით).

თუ სინათლე გავრცელდა სწორი ხაზით, ჩვენ დავინახავთ ნათელ ლაქას დაკვირვების ეკრანზე. სინამდვილეში, როდესაც სინათლე გადის ხვრელში, ის განსხვავდება. ეკრანზე შეგიძლიათ იხილოთ კონცენტრული (საერთო ცენტრის მქონე) მონაცვლეობით მსუბუქი და მუქი რგოლები. როგორ ყალიბდებიან ისინი?

ჰაიგენს-ფრესნელის პრინციპის თანახმად, სინათლის ტალღის წინა ნაწილი, რომელიც აღწევს ეკრანის ხვრელის სიბრტყეს, ხდება მეორადი ტალღების წყარო. ვინაიდან ეს ტალღები თანმიმდევრულია, ისინი ხელს უშლიან. შედეგად, დაკვირვების წერტილში ჩვენ დავაკვირდებით სინათლისა და მუქი წრეების მონაცვლეობას (განათების მაქსიმუმი და მინიმალური).

მისი არსი შემდეგია.

წარმოვიდგინოთ, რომ სფერული სინათლის ტალღა ვრცელდება წყაროდან S 0 სადამკვირვებლო პუნქტამდე მ . წერტილის მეშვეობით ს სფერული ტალღის ზედაპირი გადის. მოდით გავყოთ იგი რგოლების ზონებად ისე, რომ მანძილი იყოს ზონის კიდეებიდან წერტილამდე მ განსხვავდება სინათლის ტალღის ½ სიგრძით. შედეგად წარმოქმნილ რგოლოვან ზონებს უწოდებენ ფრესნელის ზონებს. და თავად დანაყოფის მეთოდს ე.წ ფრენელის ზონის მეთოდი .

მანძილი წერტილიდან მ პირველი ფრესნელის ზონის ტალღის ზედაპირის ტოლია ლ + ƛ/2 მეორე ზონამდე ლ + 2ƛ/2 და ა.შ.

თითოეული ფრენელის ზონა განიხილება, როგორც გარკვეული ფაზის მეორადი ტალღების წყარო. ორი მიმდებარე ფრენელის ზონა ანტიფაზაშია. ეს ნიშნავს, რომ მეორადი ტალღები, რომლებიც წარმოიქმნება მიმდებარე ზონებში, ასუსტებენ ერთმანეთს დაკვირვების წერტილში. მეორე ზონიდან ტალღა დაასუსტებს ტალღას პირველი ზონიდან, ხოლო მესამე ზონიდან ტალღა გააძლიერებს მას. მეოთხე ტალღა ისევ დაასუსტებს პირველს და ა.შ. შედეგად, დაკვირვების წერტილში მთლიანი ამპლიტუდა ტოლი იქნება A = A 1 - A 2 + A 3 - A 4 + ...

თუ სინათლის გზაზე დადგება დაბრკოლება, რომელიც გახსნის მხოლოდ პირველ ფრენელის ზონას, მაშინ მიღებული ამპლიტუდა ტოლი იქნება A 1 . ეს ნიშნავს, რომ დაკვირვების წერტილში გამოსხივების ინტენსივობა გაცილებით მაღალი იქნება, ვიდრე იმ შემთხვევაში, როდესაც ყველა ზონა ღიაა. და თუ დახურავთ ყველა ლუწი ზონას, ინტენსივობა ბევრჯერ გაიზრდება, რადგან არ იქნება ზონები, რომლებიც ასუსტებს მას.

ლუწი ან კენტი ზონების დაბლოკვა შესაძლებელია სპეციალური მოწყობილობის გამოყენებით, რომელიც წარმოადგენს შუშის ფირფიტას, რომელზეც კონცენტრული წრეებია ამოტვიფრული. ამ მოწყობილობას ე.წ ფრენელის ფირფიტა.

მაგალითად, თუ ფირფიტის მუქი რგოლების შიდა რადიუსი ემთხვევა კენტი ფრენელის ზონების რადიუსებს, ხოლო გარე რადიუსი ლუწითა რადიუსებს, მაშინ ამ შემთხვევაში ლუწი ზონები „გამოირთვება“. რაც გამოიწვევს დაკვირვების ადგილზე გაზრდილ განათებას.

ფრაუნჰოფერის დიფრაქცია

სრულიად განსხვავებული დიფრაქციული ნიმუში გამოჩნდება, თუ დაბრკოლება ეკრანის სახით ვიწრო ჭრილით განთავსდება ბრტყელი მონოქრომატული სინათლის ტალღის გზაზე მისი მიმართულებით პერპენდიკულარული. დაკვირვების ეკრანზე ღია და მუქი კონცენტრული წრეების ნაცვლად, ჩვენ დავინახავთ მონაცვლეობით ღია და მუქ ზოლებს. ყველაზე ნათელი ზოლი განთავსდება ცენტრში. ცენტრიდან მოშორებით, ზოლების სიკაშკაშე მცირდება. ამ დიფრაქციას ეწოდება ფრაუნჰოფერის დიფრაქცია. ეს ხდება მაშინ, როდესაც პარალელური სინათლის სხივი ეცემა ეკრანზე. მის მისაღებად, სინათლის წყარო მოთავსებულია ლინზის ფოკუსურ სიბრტყეში. დაკვირვების ეკრანი მდებარეობს ჭრილის უკან მდებარე სხვა ლინზის ფოკალურ სიბრტყეში.

თუ სინათლე გავრცელდა სწორხაზოვნად, მაშინ ეკრანზე დავაკვირდებით ვიწრო სინათლის ზოლს, რომელიც გადის O წერტილში (ლინზის ფოკუსი). მაგრამ რატომ ვხედავთ განსხვავებულ სურათს?

ჰაიგენს-ფრესნელის პრინციპის მიხედვით, მეორადი ტალღები წარმოიქმნება ტალღის ფრონტის თითოეულ წერტილში, რომელიც აღწევს ჭრილს. მეორადი წყაროებიდან გამომავალი სხივები ცვლის მიმართულებას და კუთხით იხრება საწყისი მიმართულებიდან φ . ისინი იკრიბებიან ერთ წერტილში პ ლინზების ფოკუსური სიბრტყე.

მოდით გავყოთ ჭრილი ფრენელის ზონებად ისე, რომ მეზობელი ზონებიდან გამომავალ სხივებს შორის ოპტიკური ბილიკის სხვაობა ტალღის სიგრძის ნახევარის ტოლი იყოს. ƛ/2 . თუ ასეთი ზონების კენტი რაოდენობა ჯდება უფსკრული, მაშინ წერტილში რ ჩვენ დავაკვირდებით მაქსიმალურ განათებას. და თუ ეს თანაბარია, მაშინ მინიმალური.

ბ · ცოდვა φ= + 2 მ ·ƛ/2 - მინიმალური ინტენსივობის მდგომარეობა;

ბ · ცოდვა φ= + 2( მ +1)·ƛ/2 - მაქსიმალური ინტენსივობის მდგომარეობა,

სად მ - ზონების რაოდენობა, ƛ - ტალღის სიგრძე, ბ - უფსკრულის სიგანე.

გადახრის კუთხე დამოკიდებულია ჭრილის სიგანეზე:

ცოდვა φ= მ ·ƛ/ ბ

რაც უფრო ფართოა ჭრილი, მით მეტია მინიმას პოზიციები ცენტრისკენ გადაადგილებული და მით უფრო ნათელი იქნება ცენტრში მაქსიმალური. და რაც უფრო ვიწროა ეს ჭრილი, მით უფრო ფართო და ბუნდოვანი იქნება დიფრაქციის ნიმუში.

დიფრაქციული ბადე

სინათლის დიფრაქციის ფენომენი გამოიყენება ოპტიკურ მოწყობილობაში ე.წ დიფრაქციული ბადე . ასეთ მოწყობილობას მივიღებთ, თუ თანაბარი ინტერვალებით ნებისმიერ ზედაპირზე მოვათავსებთ პარალელურ ჭრილებს ან იმავე სიგანის გამონაზარდებს ან ზედაპირს მივაყენებთ შტრიხებს. სლოტების ცენტრებს შორის მანძილი ან გამონაყარი ეწოდება დიფრაქციული ბადეების პერიოდი და მითითებულია წერილით დ . თუ 1 მმ საფეთქელზე არის ნ ზოლები ან ნაპრალები, მაშინ d = 1/ ნ მმ.

სინათლე, რომელიც აღწევს ბადეების ზედაპირზე, იშლება ზოლებით ან ჭრილებით ცალკეულ თანმიმდევრულ სხივებად. თითოეული ეს სხივი ექვემდებარება დიფრაქციას. ჩარევის შედეგად ისინი ძლიერდება ან სუსტდება. და ეკრანზე ჩვენ ვხედავთ ცისარტყელას ზოლებს. ვინაიდან გადახრის კუთხე დამოკიდებულია ტალღის სიგრძეზე და თითოეულ ფერს აქვს თავისი ტალღის სიგრძე, თეთრი შუქი, რომელიც გადის დიფრაქციულ ღეროზე, იშლება სპექტრად. უფრო მეტიც, უფრო დიდი ტალღის სიგრძის სინათლე გადახრილია უფრო დიდი კუთხით. ანუ, წითელი შუქი ყველაზე ძლიერად იხრება დიფრაქციულ ბადეში, განსხვავებით პრიზმისგან, სადაც პირიქით ხდება.

დიფრაქციული ბადეების ძალიან მნიშვნელოვანი მახასიათებელია კუთხოვანი დისპერსია:

სად ∆ φ - განსხვავება ორი ტალღის ჩარევის მაქსიმუმებს შორის,

∆ƛ - რაოდენობა, რომლითაც განსხვავდება ორი ტალღის სიგრძე.

კ - დიფრაქციის მაქსიმალური სერიული ნომერი, დათვლილი დიფრაქციული გამოსახულების ცენტრიდან.

დიფრაქციული ბადეები იყოფა გამჭვირვალე და ამრეკლავად. პირველ შემთხვევაში, გაუმჭვირვალე მასალისგან დამზადებულ ეკრანზე იჭრება ნაპრალები ან გამჭვირვალე ზედაპირზე სვამენ შტრიხებს. მეორეში, პარალიზები გამოიყენება სარკის ზედაპირზე.

ყველა ჩვენგანისთვის ნაცნობი კომპაქტური დისკი არის ამრეკლავი დიფრაქციული ბადეების მაგალითი 1,6 მიკრონი პერიოდით. ამ პერიოდის მესამე ნაწილი (0,5 მიკრონი) არის ჩაღრმავება (ხმოვანი ტრეკი), სადაც ინახება ჩაწერილი ინფორმაცია. ის აფანტავს სინათლეს. დარჩენილი 2/3 (1,1 მიკრონი) ირეკლავს სინათლეს.

დიფრაქციული ბადეები ფართოდ გამოიყენება სპექტრულ ინსტრუმენტებში: სპექტროგრაფები, სპექტრომეტრები, სპექტროსკოპები ტალღის სიგრძის ზუსტი გაზომვისთვის.