სინათლის დიფრაქცია- ეს არის სინათლის სხივების გადახრა სწორხაზოვანი გავრცელებისგან ვიწრო ჭრილებში, პატარა ღიობებში გავლისას ან მცირე დაბრკოლებების გარშემო მოხრისას. სინათლის დიფრაქციის ფენომენი ამტკიცებს, რომ სინათლეს აქვს ტალღური თვისებები.
დიფრაქციის დასაკვირვებლად შეგიძლიათ: 1. გაატაროთ შუქი წყაროდან ძალიან პატარა ხვრელში ან მოათავსოთ ეკრანი ხვრელიდან დიდ მანძილზე. შემდეგ ეკრანზე შეიმჩნევა მსუბუქი და მუქი კონცენტრული რგოლების რთული სურათი. 2. ან თხელ მავთულზე პირდაპირ შუქი, შემდეგ ეკრანზე შეინიშნება ღია და მუქი ზოლები, თეთრი სინათლის შემთხვევაში კი ცისარტყელას ზოლი.
ჰიუგენს-ფრენელის პრინციპი.ყველა მეორადი წყარო, რომელიც მდებარეობს ტალღის ფრონტის ზედაპირზე, თანმიმდევრულია ერთმანეთთან. ტალღის ამპლიტუდა და ფაზა სივრცის ნებისმიერ წერტილში არის მეორადი წყაროების მიერ გამოსხივებული ტალღების ჩარევის შედეგი. ჰიუგენს-ფრესნელის პრინციპი ხსნის დიფრაქციის ფენომენს:
1. მეორადი ტალღები, რომლებიც დაფუძნებულია იმავე ტალღის ფრონტის წერტილებზე (ტალღის ფრონტი არის წერტილების ერთობლიობა, რომლებზეც რხევა მიაღწია მოცემულ დროს), თანმიმდევრულია, რადგან ფრონტის ყველა წერტილი რხევა ერთნაირი სიხშირით და იმავე ფაზაში; 2. მეორადი ტალღები, თანმიმდევრული, ერევა. დიფრაქციის ფენომენი აწესებს შეზღუდვებს გეომეტრიული ოპტიკის კანონების გამოყენებაზე: სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელების კანონი, სინათლის არეკვლისა და გარდატეხის კანონები საკმარისად ზუსტად სრულდება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ დაბრკოლებების ზომები გაცილებით დიდია ვიდრე ტალღის სიგრძე. მსუბუქი. დიფრაქცია აწესებს ზღვარს ოპტიკური ინსტრუმენტების გარჩევადობაზე: 1. მიკროსკოპში ძალიან პატარა ობიექტებზე დაკვირვებისას გამოსახულება ბუნდოვანია. 2. ტელესკოპში, ვარსკვლავებზე დაკვირვებისას, წერტილის გამოსახულების ნაცვლად ვიღებთ ღია და ბნელი ზოლების სისტემას.
ფრენელის ზონის მეთოდიფრენელმა შემოგვთავაზა ტალღის ფრონტის რგოლურ ზონებად დაყოფის მეთოდი, რომელიც მოგვიანებით გახდა ცნობილი ფრენელის ზონის მეთოდი. მოდით, მონოქრომატული სფერული ტალღა გავრცელდეს სინათლის წყაროდან S, P არის დაკვირვების წერტილი. სფერული ტალღის ზედაპირი გადის O წერტილში. ის სიმეტრიულია SP ხაზის მიმართ. მოდით დავყოთ ეს ზედაპირი რგოლებად I, II, III და ა.შ. ისე, რომ მანძილი ზონის კიდეებიდან P წერტილამდე განსხვავდება ლ/2-ით - სინათლის ტალღის სიგრძის ნახევარი. ეს დაყოფა შემოგვთავაზა ო.ფრენელმა და ზონებს ეწოდა ფრენელის ზონები.
აიღეთ თვითნებური წერტილი 1 პირველ Fresnel ზონაში. II ზონაში, ზონების აგების წესის მიხედვით, არსებობს მისი შესაბამისი წერტილი, რომ P წერტილამდე მიმავალი სხივების ბილიკებს შორის 1 და 2 წერტილებიდან ტოლი იქნება l/2. შედეგად, რხევები 1 და 2 წერტილებიდან ანადგურებს ერთმანეთს P წერტილში.
გეომეტრიული მოსაზრებებიდან გამომდინარეობს, რომ არც თუ ისე დიდი რაოდენობის ზონებისთვის, მათი ფართობი დაახლოებით იგივეა. ეს ნიშნავს, რომ პირველი ზონის თითოეული წერტილისთვის არის შესაბამისი წერტილი მეორე ზონაში, რომლის რხევები არღვევს ერთმანეთს. m რიცხვით ზონიდან P წერტილამდე მიმავალი რხევის ამპლიტუდა m მატებასთან ერთად მცირდება, ე.ი.
9. ფრაუნჰოფერის დიფრაქცია ერთი ჭრილით და დიფრაქციული ბადეებით. დიფრაქციული ბადეების მახასიათებლები.
დიფრაქციული ბადე არის იდენტური სლოტების სისტემა, რომელიც გამოყოფილია თანაბარი სიგანის გაუმჭვირვალე ხარვეზებით. ბადედან დიფრაქციის ნიმუში შეიძლება ჩაითვალოს ყველა სლოტიდან მომდინარე ტალღების ურთიერთჩარევის შედეგად, ე.ი. მრავალმხრივი ჩარევა ხდება დიფრაქციულ ბადეში.
ფრაუნჰოფერის დიფრაქციის დასაკვირვებლად, წერტილის წყარო უნდა განთავსდეს კონვერტაციული ლინზის ფოკუსში და დიფრაქციის ნიმუში შეიძლება შეისწავლოს დაბრკოლების უკან დაყენებული მე-2 კონვერგენციული ლინზის ფოკუსურ სიბრტყეში. მოდით, მონოქრომატული ტალღა ნორმალურად დაეცეს უსასრულოდ გრძელი ვიწრო ჭრილის სიბრტყეს (l >> b), l არის სიგრძე, ბ- სიგანე. ბილიკის განსხვავება 1 და 2 სხივებს შორის φ მიმართულებით
მოდით გავყოთ ტალღის ზედაპირი ჭრილის არეში MNფრესნელის ზონებში, რომელსაც აქვს ზოლების ფორმა ჭრილის M კიდეზე პარალელურად. თითოეული ზოლის სიგანე ისეა არჩეული, რომ ბილიკის სხვაობა ამ ზონების კიდეებიდან ტოლი იყოს λ/2, ე.ი. საერთო ჯამში, ზონები მოერგება ჭრილის სიგანეს. იმიტომ რომ თუ შუქი ნორმალურად ეცემა ჭრილში, მაშინ ჭრილის სიბრტყე ემთხვევა ტალღის ფრონტს, შესაბამისად, ჭრილის სიბრტყეში ფრონტის ყველა წერტილი ფაზაში ირხევა. ჭრილობის სიბრტყეში მეორადი ტალღების ამპლიტუდები ტოლი იქნება, რადგან შერჩეულ ფრენელის ზონებს აქვთ იგივე არეები და თანაბრად არიან მიდრეკილნი დაკვირვების მიმართულებისკენ.
დიფრაქციული ბადე- ოპტიკური მოწყობილობა, რომლის მოქმედება ემყარება სინათლის დიფრაქციის ფენომენის გამოყენებას. ეს არის დიდი რაოდენობით რეგულარულად დაშორებული შტრიხების კოლექცია (სლოტები, გამონაზარდები), რომლებიც გამოიყენება გარკვეულ ზედაპირზე.
მეორადი ტალღების ჩარევის შედეგის საპოვნელად, ფრენელმა შემოგვთავაზა ტალღის ფრონტის ზონებად დაყოფის მეთოდი, რომელსაც უწოდებენ ფრესნელის ზონებს.
დავუშვათ, რომ სინათლის წყარო S (ნახ. 17.18) არის წერტილი და მონოქრომატული, ხოლო გარემო, რომელშიც სინათლე ვრცელდება, იზოტროპულია. ტალღის ფრონტს დროის თვითნებურ მომენტში ექნება სფეროს ფორმა რადიუსით \(~r=ct.\) ამ სფერულ ზედაპირზე ყოველი წერტილი ტალღების მეორადი წყაროა. ტალღის ზედაპირის ყველა წერტილში რხევები ხდება იგივე სიხშირით და იმავე ფაზაში. ამიტომ, ყველა ეს მეორადი წყარო თანმიმდევრულია. M წერტილში რხევის ამპლიტუდის საპოვნელად საჭიროა ტალღის ზედაპირზე ყველა მეორადი წყაროს თანმიმდევრული რხევების დამატება.
ფრენელმა ტალღის ზედაპირი Ф დაყო რგოლებად ისეთი ზომის ზონებად, რომ მანძილი ზონის კიდეებიდან M წერტილამდე განსხვავდებოდა \(\frac(\lambda)(2),\) ე.ი. \(P_1M - P_0M = P_2M - P_1M = \frac(\ლამბდა)(2).\)
ვინაიდან ბილიკის სხვაობა ორი მიმდებარე ზონიდან არის \(\frac(\lambda)(2),\), მაშინ მათგან ვიბრაციები მოდის M წერტილამდე საპირისპირო ფაზებში და, როდესაც ზედმიწევნით, ეს ვიბრაციები ერთმანეთს ასუსტებს. ამრიგად, M წერტილში მიღებული სინათლის ვიბრაციის ამპლიტუდა ტოლი იქნება
\(A = A_1 - A_2 + A_3 - A_4 + \ldots \pm A_m,\) (17.5)
სადაც \(A_1, A_2, \ldots , A_m,\) არის რხევების ამპლიტუდები, რომლებიც აღგზნებულია 1, 2, .., mth ზონებით.
ფრენელმა ასევე თქვა, რომ ცალკეული ზონების მოქმედება M წერტილში დამოკიდებულია გავრცელების მიმართულებაზე (კუთხეზე \(\varphi_m\) (ნახ. 17.19) ნორმალურ \(~\vec n\) ზედაპირს შორის. ზონა და მიმართულება M წერტილისკენ). \(\varphi_m\) მატებასთან ერთად მცირდება ზონების მოქმედება, ხოლო კუთხეებში \(\varphi_m \ge 90^\circ\) აღგზნებული მეორადი ტალღების ამპლიტუდა 0-ის ტოლია. გარდა ამისა, გამოსხივების ინტენსივობა ქ. M წერტილის მიმართულება მცირდება მატებასთან ერთად და ზონიდან M წერტილამდე მანძილის გაზრდის გამო ორივე ფაქტორის გათვალისწინებით შეგვიძლია დავწეროთ, რომ
\(A_1 >A_2 >A_3 > \cdots\)
1. სინათლის გავრცელების სისწორის ახსნა.
ფრესნელის ზონების ჯამური რაოდენობა, რომლებიც მორგებულია ნახევარსფეროზე, რომლის რადიუსი SP 0 უდრის მანძილს სინათლის წყაროდან S-დან ტალღის ფრონტამდე, ძალიან დიდია. მაშასადამე, პირველი მიახლოებით შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ ვიბრაციების A m ამპლიტუდა ზოგიერთი m-ე ზონიდან უდრის მის მიმდებარე ზონების ამპლიტუდების საშუალო არითმეტიკულს, ე.ი.
\(A_m = \frac(A_(m-1) + A_(m+1) )(2).\)
მაშინ გამონათქვამი (17.5) შეიძლება დაიწეროს როგორც
\(A = \frac(A_1)(2) + \Bigr(\frac(A_1)(2) - A_2 + \frac(A_3)(2) \Bigl) + \Bigr(\frac(A_3)(2) - A_4 + \frac(A_5)(2) \Bigl) + \ldots \pm \frac(A_m)(2).\)
ვინაიდან ფრჩხილებში გამოსახულებები ტოლია 0-ის და \(\frac(A_m)(2)\) უმნიშვნელოა, მაშინ
\(A = \frac(A_1)(2) \pm \frac(A_m)(2) \დაახლოებით \frac(A_1)(2).\) (17.6)
ამრიგად, რხევის ამპლიტუდა, რომელიც შექმნილია M წერტილში სფერული ტალღის ზედაპირის მიერ, უდრის ერთი ცენტრალური ზონის მიერ შექმნილი ამპლიტუდის ნახევარს. ნახაზი 17.19-დან, ფრესნელის ზონის mth ზონის რადიუსი \(r_m = \sqrt(\Bigr(b + \frac(m \lambda)(2) \Bigl)^2 - (b + h_m)^2) .\) ვინაიდან \(~h_m \ll b\) და სინათლის ტალღის სიგრძე მცირეა, მაშინ \(r_m \დაახლოებით \sqrt(\Bigr(b + \frac(m \lambda)(2) \Bigl)^2 - b^2 ) = \sqrt(mb \lambda + \frac(m^2 \lambda^2)(4)) \approx \sqrt(mb\lambda).\) აქედან გამომდინარე, პირველის რადიუსი იმის გათვალისწინებით, რომ \ (~\lambda\) ტალღის სიგრძეს შეიძლება ჰქონდეს მნიშვნელობები 300-დან 860 ნმ-მდე, მივიღებთ \(~r_1 \ll b.\) ამიტომ სინათლის გავრცელება S-დან M-მდე ხდება ისე, თითქოს სინათლის ნაკადი ვრცელდება შიგნით. ძალიან ვიწრო არხი SM-ის გასწვრივ, რომლის დიამეტრი ნაკლებია პირველი ზონის Fresnel-ის რადიუსზე, ე.ი. პირდაპირი.
2. დიფრაქცია მრგვალი ხვრელით.
S წერტილის წყაროდან გავრცელებული სფერული ტალღა გზაზე ხვდება მრგვალი ხვრელის ეკრანს (სურ. 17.20). დიფრაქციული ნიმუშის ტიპი დამოკიდებულია ფრესნელის ზონების რაოდენობაზე, რომლებიც ჯდება ხვრელში. პუნქტში (17.5) და (17.6) მიხედვით ბშედეგად მიღებული რხევის ამპლიტუდა
\(A = \frac(A_1)(2) \pm \frac(A_m)(2),\)
სადაც პლუს ნიშანი შეესაბამება კენტ m-ს, მინუს ნიშანს კი m-ს.
როდესაც ხვრელი იხსნება კენტი რაოდენობის ფრესნელის ზონებში, მაშინ რხევების ამპლიტუდა B წერტილში იქნება უფრო დიდი, ვიდრე ეკრანის არარსებობის შემთხვევაში. თუ ფრესნელის ერთი ზონა ჯდება ხვრელში, მაშინ B წერტილში ამპლიტუდა \(~A = A_1\) ე.ი. ორჯერ მეტი ვიდრე გაუმჭვირვალე ეკრანის არარსებობის შემთხვევაში. თუ ორი ფრენელის ზონა ჯდება ხვრელში, მაშინ მათი მოქმედება წერტილში ATპრაქტიკულად ანადგურებენ ერთმანეთს ჩარევის გამო. ამრიგად, დიფრაქციის ნიმუში წერტილის მახლობლად მრგვალი ხვრელიდან ATგამოიყურება როგორც მონაცვლეობით მუქი და მსუბუქი რგოლები, რომლებიც ორიენტირებულია წერტილზე AT(თუ m არის ლუწი, მაშინ ცენტრში არის მუქი რგოლი, თუ m არის კენტი, მსუბუქი რგოლი), ხოლო მაქსიმალური ინტენსივობა მცირდება ნიმუშის ცენტრიდან დაშორებით.
აქსენოვიჩ L.A. ფიზიკა საშუალო სკოლაში: თეორია. Დავალებები. ტესტები: პროკ. შემწეობა დაწესებულებებისათვის, რომლებიც უზრუნველყოფენ გენერალ. გარემო, განათლება / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; რედ. კ.ს.ფარინო. - Mn.: Adukatsy i vykhavanne, 2004. - S. 514-517.
გამოთვლების გამარტივება pr-va-ს მოცემულ წერტილში ტალღის ამპლიტუდის განსაზღვრისას. ZF მეთოდი გამოიყენება ტალღის დიფრაქციის პრობლემების განხილვისას ჰაიგენს-ფრენელის პრინციპის შესაბამისად. განვიხილოთ მონოქრომატული სინათლის ტალღის გავრცელება Q(წყარო) წერტილიდან C.L. დაკვირვების წერტილი P (ნახ.).
ჰაიგენს-ფრესნელის პრინციპის მიხედვით წყარო Q იცვლება დამხმარეზე მდებარე წარმოსახვითი წყაროების მოქმედებით. ზედაპირი S, ჯგუფურად აირჩიეთ წინა სფერული ზედაპირი. ტალღა, რომელიც მოდის Q-დან. შემდეგი, ზედაპირი S იყოფა რგოლოვან ზონებად ისე, რომ ზონის კიდეებიდან P დაკვირვების წერტილამდე მანძილი განსხვავდება l / 2-ით: Pa \u003d PO + l / 2; Pb=Pa+l/2; Рс=Рb+l/2 (О - ტალღის ზედაპირის PQ წრფესთან გადაკვეთის წერტილი, l - ). განათლებული ისე. ზედაპირის ტოლი ნაწილები S ე.წ. ZF ნაკვეთი Oa სფერული. ზედაპირი S ე.წ. პირველი Z. F., ab - მეორე, bc - მესამე Z. F. და ა.შ. m-th Z. F.-ის რადიუსი მრგვალ ხვრელებსა და ეკრანებზე დიფრაქციის შემთხვევაში განისაზღვრება. სავარაუდო გამოხატულება (მლ
სადაც R არის მანძილი წყაროდან ხვრელამდე, r0 არის მანძილი ხვრელიდან (ან ეკრანიდან) დაკვირვების წერტილამდე. სწორხაზოვან სტრუქტურებზე დიფრაქციის შემთხვევაში (ეკრანის სწორხაზოვანი კიდე, ჭრილი) mth ZF-ის ზომა (ზონის გარე კიდის მანძილი წყაროსა და დაკვირვების წერტილის შემაერთებელი ხაზიდან) დაახლოებით უდრის O-ს. (მრ0ლ).
ტალღები. პროცესი P წერტილში შეიძლება ჩაითვალოს ტალღების ჩარევის შედეგად, რომლებიც მიდიან დაკვირვების წერტილში თითოეული ZF-დან ცალ-ცალკე, იმის გათვალისწინებით, რომ იგი ნელ-ნელა მცირდება თითოეული ზონიდან ზონის რაოდენობის გაზრდით და P წერტილში გამოწვეული რხევების ფაზები. მიმდებარე ზონებით, მოპირდაპირეა. ამიტომ, ორი მიმდებარე ზონიდან დაკვირვების პუნქტში მოსული ტალღები ასუსტებს ერთმანეთს; P წერტილში მიღებული ამპლიტუდა ნაკლებია ერთი ცენტრის მოქმედებით შექმნილ ამპლიტუდაზე. ზონები.
ZF-ებად დაყოფის მეთოდი ნათლად ხსნის სინათლის სწორხაზოვან გავრცელებას ტალღების თვალსაზრისით. სამყაროს ბუნება. ეს საშუალებას გაძლევთ უბრალოდ შეადგინოთ მაღალი ხარისხის და ზოგიერთ შემთხვევაში საკმაოდ ზუსტი რაოდენობები. ტალღის დიფრაქციის შედეგების წარმოდგენა დეკ. რთული პირობები მათი გავრცელებისთვის. ეკრანი, რომელიც შედგება კონცენტრული სისტემისგან. რგოლები, რომლებიც შეესაბამება ZF-ს (იხ. ZONE PLATE), შეუძლიათ, მაგალითად, გაზარდონ განათება ღერძზე ან თუნდაც შექმნან გამოსახულება. ზ.ფ-ის მეთოდი გამოიყენება არა მხოლოდ ოპტიკაში, არამედ რადიოს გავრცელების შესწავლაში და. ტალღები.
ფიზიკური ენციკლოპედიური ლექსიკონი. - მ.: საბჭოთა ენციკლოპედია. . 1983 .
ფრესნელის ზონები
Სმ. ფრენელის ზონა.
ფიზიკური ენციკლოპედია. 5 ტომად. - მ.: საბჭოთა ენციკლოპედია. მთავარი რედაქტორი A.M. პროხოროვი. 1988 .
ნახეთ, რა არის "FRESNEL ZONES" სხვა ლექსიკონებში:
უბნები, რომლებშიც შეიძლება დაიყოს სინათლის (ან ხმის) ტალღის ზედაპირი, რათა გამოვთვალოთ სინათლის დიფრაქციის (იხ. სინათლის დიფრაქცია) (ან ბგერა) შედეგები. ეს მეთოდი პირველად გამოიყენა ო.ფრენელმა 181519. მეთოდის არსი შემდეგია. გაუშვით ... ...
ფრესნელი- (1) სფერული სინათლის ტალღის დიფრაქცია (იხ.), რომლის გათვალისწინებისას არ შეიძლება უგულებელვყოთ შემხვევის ზედაპირის გამრუდება და დიფრაქციული (ან მხოლოდ დიფრაქციული) ტალღები. მრგვალი გაუმჭვირვალე დისკიდან დიფრაქციის ნიმუშის ცენტრში ყოველთვის არის ... ... დიდი პოლიტექნიკური ენციკლოპედია
სექციები, რომლებშიც ტალღის ზედაპირი იყოფა დიფრაქციული ტალღების განხილვისას (ჰუიგენს ფრენელის პრინციპი). Fresnel ზონები არჩეულია ისე, რომ ყოველი შემდეგი ზონის მანძილი დაკვირვების წერტილიდან არის ნახევარი ტალღის სიგრძით მეტი ... ...
სფერული დიფრაქცია. სინათლის ტალღის არაჰომოგენურობაზე (მაგალითად, ხვრელი ეკრანზე), გროვის ზომა b შედარებულია პირველი ფრენელის ზონის დიამეტრთან? (z?): b =? . სახელი ფრანგების პატივსაცემად... ფიზიკური ენციკლოპედია
მონაკვეთები, რომლებშიც იყოფა ტალღის ზედაპირი ტალღების დიფრაქციის განხილვისას (ჰუიგენს ფრენელის პრინციპი). ფრესნელის ზონები ისეა არჩეული, რომ ყოველი შემდეგი ზონის მანძილი დაკვირვების წერტილიდან ნახევარი ტალღის სიგრძით მეტი იყოს მანძილზე ... ენციკლოპედიური ლექსიკონი
სფერული სინათლის ტალღის დიფრაქცია არაჰომოგენურობით (მაგალითად, ხვრელი), რომლის ზომა შედარებულია ფრენელის ერთ-ერთი ზონის დიამეტრთან (იხ. ფრენელის ზონები). სახელი ეწოდა O.J. Fresnel-ის პატივსაცემად, რომელმაც შეისწავლა ამ ტიპის დიფრაქცია (იხ. Fresnel). დიდი საბჭოთა ენციკლოპედია
სექციები, რომლებშიც იყოფა სინათლის ტალღის წინა ზედაპირი, რათა გამარტივდეს გამოთვლები სივრცის მოცემულ წერტილში ტალღის ამპლიტუდის განსაზღვრისას. მეთოდი F. h. გამოიყენება ტალღის დიფრაქციის პრობლემების განხილვისას ჰაიგენსის შესაბამისად ... ... ფიზიკური ენციკლოპედია
სფერული ელექტრომაგნიტური ტალღის დიფრაქცია არაერთგვაროვნებით, მაგალითად, ხვრელი ეკრანზე, რომლის ზომა b შედარებულია ფრენელის ზონის ზომასთან, ანუ, სადაც z არის დაკვირვების წერტილის მანძილი ეკრანიდან, ? ? ტალღის სიგრძე. სახელწოდებით O.J. Fresnel ... დიდი ენციკლოპედიური ლექსიკონი
სფერული ელექტრომაგნიტური ტალღის დიფრაქცია არაერთგვაროვნებით, როგორიცაა ხვრელი ეკრანზე, რომლის ზომა b შედარებულია ფრენელის ზონის ზომასთან, ანუ, სადაც z არის დაკვირვების წერტილის მანძილი ეკრანიდან, λ არის ტალღის სიგრძე. სახელწოდებით O.J. Fresnel ... ენციკლოპედიური ლექსიკონი
მონაკვეთები, რომლებშიც იყოფა ტალღის ზედაპირი ტალღების დიფრაქციის განხილვისას (ჰუიგენს ფრენელის პრინციპი). ფ.სთ. არჩეულია ისე, რომ ყოველი კვალის მოცილება. დაკვირვების წერტილიდან ზონა ტალღის სიგრძის ნახევარზე მეტი იყო, ვიდრე წინა ამოღება ... ... ბუნებისმეტყველება. ენციკლოპედიური ლექსიკონი
სინათლის დიფრაქცია - ვიწრო, მაგრამ ყველაზე ხშირად გამოყენებული გაგებით - დამრგვალებაგაუმჭვირვალე სხეულების სინათლის საზღვრების სხივები (ეკრანები); სინათლის შეღწევა გეომეტრიული ჩრდილის რეგიონში. სინათლის დიფრაქცია ყველაზე მეტად ვლინდება სხივების ნაკადის სიმკვრივის მკვეთრი ცვლილებების ადგილებში: კასტიკასთან, ლინზის ფოკუსთან, გეომეტრიული ჩრდილის საზღვრებთან და ა.შ. ტალღების გაფანტვა არაერთგვაროვან გარემოში.
დიფრაქცია დაურეკა ფენომენების ნაკრები,დაფიქსირდა სინათლის გავრცელების დროს მკვეთრი არაერთგვაროვნების მქონე გარემოში, რომლის ზომები შედარებულია ტალღის სიგრძესთან და დაკავშირებულია გეომეტრიული ოპტიკის კანონებიდან გადახრებთან..
ხმის ტალღებით დაბრკოლებების დამრგვალებას (ხმოვანი ტალღების დიფრაქცია) მუდმივად ვაკვირდებით (ხმა გვესმის სახლის კუთხეში). სინათლის სხივების დიფრაქციის დასაკვირვებლად საჭიროა სპეციალური პირობები, ეს განპირობებულია სინათლის ტალღების მოკლე სიგრძით.
არ არსებობს მნიშვნელოვანი ფიზიკური განსხვავებები ჩარევასა და დიფრაქციას შორის. ორივე ფენომენი შედგება სინათლის ნაკადის გადანაწილებაში ტალღების სუპერპოზიციის შედეგად.
დიფრაქციის ფენომენი ახსნილია გამოყენებით ჰიუგენსის პრინციპი , რითაც თითოეული წერტილი, რომელსაც ტალღა აღწევს, ემსახურება როგორც მეორადი ტალღების ცენტრი, და ამ ტალღების კონვერტი ადგენს ტალღის ფრონტის პოზიციას დროის შემდეგ მომენტში.
მოდით, ჩვეულებრივი ტალღა დაეცეს გაუმჭვირვალე ეკრანის ხვრელს (ნახ. 9.1). ტალღის ფრონტის მონაკვეთის თითოეული წერტილი, რომელიც ხაზს უსვამს ხვრელს, ემსახურება მეორადი ტალღების წყაროს (ერთგვაროვან იზოტოპურ გარემოში ისინი სფერულია).
მეორადი ტალღების კონვერტის აგების შემდეგ, ჩვენ ვხედავთ, რომ ტალღის ფრონტი შედის გეომეტრიული ჩრდილის რეგიონში, ე.ი. ტალღა მიდის ხვრელის კიდეებს.
ჰაიგენსის პრინციპი წყვეტს მხოლოდ ტალღის ფრონტის გავრცელების მიმართულების პრობლემას, მაგრამ არ ეხება სხვადასხვა მიმართულებით გავრცელებული ტალღების ამპლიტუდისა და ინტენსივობის საკითხს.
სინათლის ტალღური ბუნების დადგენაში გადამწყვეტი როლი მე-19 საუკუნის დასაწყისში ო.ფრენელმა ითამაშა. მან ახსნა დიფრაქციის ფენომენი და მისცა მისი რაოდენობრივი გამოთვლის მეთოდი. 1818 წელს მან მიიღო პარიზის აკადემიის პრიზი დიფრაქციის ფენომენისა და მისი რაოდენობრივი შეფასების მეთოდის ახსნისთვის.
ფრენელმა ჰაიგენსის პრინციპში ფიზიკური მნიშვნელობა ჩადო, შეავსო იგი მეორადი ტალღების ჩარევის იდეით.
დიფრაქციის განხილვისას ფრენელმა გამოიყენა რამდენიმე ძირითადი ვარაუდი, რომელიც მიღებული იყო მტკიცებულების გარეშე. ამ განცხადებების მთლიანობას ჰაიგენს-ფრენელის პრინციპი ეწოდება.
Მიხედვით ჰიუგენსის პრინციპი , თითოეული წინა წერტილიტალღები შეიძლება ჩაითვალოს მეორადი ტალღების წყაროდ.
Fresnel მნიშვნელოვნად განავითარა ეს პრინციპი.
· ტალღის ფრონტის ყველა მეორადი წყარო, რომელიც გამოდის ერთი წყაროდან, თანმიმდევრულიმათ შორის.
· ტალღის ზედაპირის ტოლი ფართობის მონაკვეთები გამოსხივდება თანაბარი ინტენსივობით (ძალა) .
· თითოეული მეორადი წყარო უპირატესად ასხივებს სინათლეს გარე ნორმის მიმართულებითიმ წერტილში ტალღის ზედაპირზე. მეორადი ტალღების ამპლიტუდა იმ მიმართულებით, რომელიც ქმნის α კუთხეს ნორმალურთან, რაც უფრო მცირეა, მით უფრო დიდია α კუთხე და უდრის ნულს.
· მეორადი წყაროებისთვის, სუპერპოზიციის პრინციპი მოქმედებს: ტალღის ზოგიერთი მონაკვეთის გამოსხივებაზედაპირები არ მოქმედებსსხვების გამოსხივებამდე(თუ ტალღის ზედაპირის ნაწილი დაფარულია გაუმჭვირვალე ეკრანით, მეორადი ტალღები გამოიყოფა ღია უბნებით, თითქოს ეკრანი არ იყოს).
ამ დებულებების გამოყენებით, ფრენელმა უკვე შეძლო დიფრაქციული ნიმუშის რაოდენობრივი გამოთვლების გაკეთება.
პასუხები საკონტროლო კითხვებზე:
1. რა არის Fresnel zone მეთოდი?
ჰიუგენს-ფრესნელის პრინციპი: ტალღის ზედაპირის თითოეული ელემენტი ემსახურება მეორადი სფერული ტალღის წყაროს, რომლის ამპლიტუდა პროპორციულია ელემენტის ზომისა. dS. სფერული ტალღის ამპლიტუდა მცირდება მანძილით რწყაროდან კანონის მიხედვით 1/ რ. ამიტომ, თითოეული განყოფილებიდან dSტალღის ზედაპირი, რხევა მოდის დაკვირვების წერტილამდე:
შედეგად მიღებული რხევა დაკვირვების წერტილში არის რხევების სუპერპოზიცია, რომელიც აღებულია ტალღის მთელ ზედაპირზე:
ეს ფორმულა არის ჰიუგენს-ფრესნელის პრინციპის ანალიტიკური გამოხატულება.
დიფრაქციული ფენომენების განხილვისას გამოიყენება ფრენელის ზონების კონცეფცია. ნახატიდან ჩანს, რომ მანძილი ბ მგარე კიდიდან მ-დაკვირვების წერტილის მე-ე ზონა უდრის:
სადაც ბარის მანძილი ტალღის ზედაპირის ზემოდან ოდაკვირვებამდე.
გარე საზღვარი მ-მე ზონა ირჩევს სფერულ სიმაღლის სეგმენტს ტალღის ზედაპირზე თ მ(სურ. 11). აღნიშნეთ სეგმენტის ფართობი ს მ. შემდეგ ტერიტორია მ- ზონა შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც:
გ
სფერული სეგმენტის სიმაღლე (ნახ. 11):
სფერული სეგმენტის ფართობი (ნახ.I.2):
მოედანი მზონა:
გარე საზღვრის რადიუსი მზონა:
2. რა პირობებია სინათლის დიფრაქციაზე დაკვირვებისთვის?
სინათლის დიფრაქცია გამოიხატება სინათლის ტალღების გადახრით სწორხაზოვანი გავრცელებიდან, როდესაც სინათლე გადის პატარა ხვრელებს ან გადის გაუმჭვირვალე სხეულების კიდეებს ოპტიკურად ერთგვაროვან გარემოში. სინათლის დიფრაქცია შეიძლება დაფიქსირდეს, თუ დაბრკოლებების ან ხვრელების ზომები შედარებულია (იგივე რიგის) სინათლის ტალღების სიგრძესთან.
3. რისთვის არის კორნუს სპირალი?
ზე
ამ ინტეგრალებს ფრენელის ინტეგრალებს უწოდებენ. ისინი არ არის აღებული ელემენტარულ ფუნქციებში, თუმცა არის ცხრილები, რომლებითაც შეგიძლიათ იპოვოთ ინტეგრალების მნიშვნელობები სხვადასხვასთვის. ვ. პარამეტრის მნიშვნელობა ვეს არის | | ვ| იძლევა კორნუს მრუდის რკალის სიგრძეს, გაზომილი საწყისიდან.
14-ში მრუდის გასწვრივ მონიშნული რიცხვები იძლევა პარამეტრის მნიშვნელობებს ვ. წერტილები, რომლებზეც მრუდი ასიმპტომურად უახლოვდება, როგორც ის მიდრეკილია ვ+∞-მდე და -∞-მდე, ეწოდება კორნუს სპირალის კერები ან პოლუსები. მათი კოორდინატებია:
იპოვნეთ წარმოებული dξ/ δη მრუდის წერტილში, რომელიც შეესაბამება პარამეტრის მოცემულ მნიშვნელობას ვ:
შესაბამისად:
კორნუს სპირალი საშუალებას გაძლევთ იპოვოთ სინათლის ვიბრაციის ამპლიტუდა ეკრანის ნებისმიერ წერტილში. წერტილის პოზიცია ხასიათდება კოორდინატით x, დათვლილია გეომეტრიული ჩრდილის საზღვრიდან. წერტილისთვის პგეომეტრიული ჩრდილის საზღვარზე წევს ( x=0 ), დაიხურება ზონის ყველა გამოჩეკილი ზონა. გამოჩეკილი ზონების ვიბრაციები შეესაბამება სპირალის მარჯვენა სპირალს. მაშასადამე, მიღებული რხევა წარმოდგენილი იქნება ვექტორით, რომლის დასაწყისიც წერტილშია ო, და დასასრული არის წერტილი ფ 1 . წერტილის გადაადგილებისას პგეომეტრიული ჩრდილის მიდამოში ნახევრად სიბრტყე ფარავს გამოჩეკილი ზონების მზარდ რაოდენობას. მაშასადამე, მიღებული ვექტორის წარმოშობა მოძრაობს მარჯვენა ხვეულის გასწვრივ პოლუსის მიმართულებით ფ 1 . შედეგად, რხევის ამპლიტუდა მონოტონურად მიისწრაფვის ნულამდე.
4. რა არის დიფრაქციული ბადე? რა არის ლატის პერიოდი?
დიფრაქციული ბადე არის დიდი რაოდენობით იდენტური ჭრილების ერთობლიობა, რომლებიც ერთმანეთისგან ერთსა და იმავე მანძილზეა დაშორებული. მეზობელი სლოტების შუა წერტილებს შორის მანძილს გახეხვის პერიოდი ეწოდება.
5. რა არის მაქსიმალური და მინიმალური პირობები დიფრაქციული ბადეებისა და ჭრილისთვის?
,
სადაც d არის გისოსის პერიოდი და am არის რიგი.
სადაც b არის ჭრილის სიგანე, am არის რიგი.
6. როგორია ოპტიკური ხელსაწყოს გამხსნელი ძალა?
ოპტიკური მოწყობილობის გამხსნელი ძალა განისაზღვრება მიმართებით:
აქ ბ- ობიექტზე 2 დარტყმას შორის ყველაზე მცირე მანძილი, რომელიც გამოირჩევა მოწყობილობის საშუალებით დაკვირვებისას, ნარის საშუალების რეფრაქციული ინდექსი, რომელიც ავსებს სივრცეს ობიექტიდან მოწყობილობამდე, u- ობიექტის წერტილებიდან გამომავალი და მოწყობილობაში ჩავარდნილი სხივების გახსნის კუთხის ნახევარი.
მიღებული ღირებულებები:
ობიექტი 23: a=0.5020.025 მმ
ობიექტი 24: a=1.0290.021 მმ
ობიექტი 31: d=0.3070.004 მმ
ობიექტი 32: d=0.6180.012 მმ
