17653

Дифракція та отворі побудова Френеля. Зонна платівка Френеля

Доклад

Физика

Дифракція та отворі: побудова Френеля. Зонна платівка Френеля. Поставимо між точковим джерелом S і точкою спостереження Р непрозорий екран з круглим отвором площина якого перпендикулярна до осі SP а центр О розміщений на тій же осі. Згідно із Френелем дія такої перешкоди...

Украинкский

2013-07-05

217.42 KB

3 чел.

Дифракція та отворі: побудова Френеля. Зонна платівка Френеля.

Поставимо між точковим джерелом S і точкою спостереження Р непрозорий екран з круглим отвором, площина якого перпендикулярна до осі SP, а центр О розміщений на тій же осі. Згідно із Френелем, дія такої перешкоди зводиться до того, що екран усуває ту частину хвильового фронту, яку він прикриває. На відкритій же частині хвильового фронту світлове поле не змінюється. Таке припущення відповідає наближенню геометричної оптики, тому воно вірне лише тоді, коли радіус отвору великий у порівнянні з довжиною хвилі. Будемо вважати, що розміри отвору можна змінювати, що дозволяє відкривати будь-яку кількість зон Френеля.

Нехай  означають амплітуду і інтенсивність світла в точці Р при вільному розповсюдженні хвилі. Загальний світловий потік, що поступає через отвір строго пропорційний його площі. Але він буде розподілятися по-різному по освітлюваній поверхні,  в залежності від того, скільки зон Френеля вкладається в отворі. В одних місцях може вийти інтенсивність менша, а в інших – більша за .

Якщо відкрити першу зону Френеля, то амплітуда та інтенсивність світла в тій же точці будуть . При віддаленні від центра Р інтенсивність буде монотонно спадати. При розширенні отвору, в точку Р почнуть приходити вторинні хвилі. Їх інтерференція з тими хвилями, що прийшли раніше призводить до зменшення інтенсивності в тій же точці. При певних розмірах отвору, центр Р перестане бути точкою максимальної інтенсивності. Навколо неї почне утворюватися світле кільце, до якого  і переміститься максимум інтенсивності. Коли отвір відкриє дві перші зони Френеля, то їх дія в точці Р практично скомпенсується. При подальшому розширенні кільця спостерігатимемо послідовність світлих та темних кілець. Якщо кількість відкритих зон Френеля непарна, то в центрі – світле коло, інакше – темне.

Зонна платівка Френеля.

Інтенсивність світла в точці спостереження Р можна підсилити в багато раз, прикривши всі парні або непарні зони Френеля. Ті зони, що залишились відкритими, підсилюватимуть дію один одного. Перекриття можна здійснити, помістивши в площині отвору так звану зонну платівку (рис 1). Ширина всіх кілець повинна бути великою в порівнянні із довжиною хвилі. Тоді при належних розмірах кілець пластинка із світлим центром буде видаляти із хвильового фронту всі парні, а пластинка із темним центром – всі непарні зони Френеля.

Підсилення інтенсивності світла зонною платівкою аналогічне фокусуючій дії лінзи. Більше того, відстані від платівки до джерела S та «зображення» Р зв’язані тим же співвідношенням, що і відповідні величини для лінзи:

, де  і  - відстані від центра отвору до точок  S і  Р, f – фокусна відстань:

де D – діаметр отвору.

Якщо центр зонної платівки світлий, то m – непарне, в цьому випадку в формулу (1) входить (зовнішній) радіус світлого кільця платівки. Якщо ж центр платівки темний, то число m – парне і під  слід розуміти (зовнішній) радіус темного кільця. Який номер брати при обчисленні f – звичайно не має значення.

На відміну від лінзи, зонна платівка має декілька фокусів. Дійсно, знайдемо положення точки Р, при якому в центральному крузі платівки поміщаються перші три зони Френеля. Тоді в наступне кільце платівки потраплять четверта, п’ята і шоста зони і т.д. Якщо центр зонної платівки світлий, то поле в точці Р подається сумою:

Або , оскільки дії сусідніх зон практично знищують один одного. Таким чином в Р отримаємо максимум (фокус). Фокусна відстань знайдеться по формулі . Аналогічно знаходяться фокуси вищих порядків

де n – цілі числа, яким можна надавати не тільки додатні, але і від’ємні значення. Від’ємним значенням відповідають розбіжні хвилі і уявні  фокуси.

Інтенсивність світла в точці спостереження Р збільшиться в 4 рази, якщо змінити на  фази вторинних хвиль, що виходять від всіх зон Френеля з парними (або непарними) номерами. Це – «платівка із оберненням фази».

Матвеев ст. 212, Сивухін ст. 268


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4391. Некоторые простые алгоритмы в языке С++ 61.5 KB
  Некоторые простые алгоритмы в языке С++ Поиск максимального (или минимального) числа из выборки чисел Предположим, что мы имеем массив из n элементов. Необходимо найти элемент с максимальным (или минимальным) числовым значением. Задача поиска ...
4392. Численное решение уравнений в языке С++ 168.5 KB
  Численное решение уравнений в языке С++ Теоретические основы Предположим, нам нужно решить кубическое уравнение Это означает, что нужно найти корни уравнения – такие числа, которые обращают уравнение в ноль...
4393. Поиск на графе в С++ 116.5 KB
  Поиск на графе в С++ Представление графа в виде матрицы смежности Граф (graph) – это графическая схема, представляющая собой совокупность вершин (vertexes), соединенных между собой ребрами (edges). Иногда вершины также называют узлами (no...
4394. Анализ алгоритмов на примере программы на языке С++ 169.5 KB
  Анализ алгоритмов на примере программы на языке С++ Обычно одну и ту же задачу можно решить различными способами. Среди различных алгоритмов, с помощью которых можно решить задачу, естественно выбрать один – наилучший. Обычно лучшим считается т...
4395. Бизнес план компьютерного клуба Chicago 301 KB
  Резюме Данный бизнес-план представляет собой проект организации компьютерного клуба в г. Луганске на кв. Жукова д 2 кв 3. Специфической чертой планируемого клуба будет наличие доступа в интернет и возможность создания для клиентов компакт-дисков и D...
4396. Понятия суверенитета, территории, государственной границы и порядка ее пересечения физическими лицами 124 KB
  Понятия суверенитета, территории, государственной границы и порядка ее пересечения физическими лицами Суверенитет государства (фр.)- вся полнота законодательной, исполнительной и судебной власти государства на его территории, исключающая всяку...
4397. Перелік та коротка характеристика основних стилів. Комплексний стилістичний аналіз зразка 74 KB
  В мові виділяють п'ять стилів: художній, науковий, публіцистичний, розмовний та офіційно-діловий. Оскільки суспільні функції мови часто переплітаються, то й функціональні стилі не є відособленими один від одного, кожен з них містить елементи іншого.
4398. Общее равновесие и благосостояние в экономике 124 KB
  Частичное и общее равновесие в экономике. Частные и общественные блага. Линия возможных благосостояний. Парето-оптимальность и Парето-предпочтительность. Дифференциация доходов и проблема неравенства. Кривая Лоренца. Коэффициен...
4399. Понятие конвертируемости валюты (денежной единицы) страны 198.5 KB
  Введение Понятие конвертируемости валюты (денежной единицы) страны имеет в современной экономической теории размытые рамки, которые формально классифицированы, в частности, Международным валютным фондом создавшим за послевоенную историю нормативные ...