55881

Дифракция световых волн

Лекция

Педагогика и дидактика

Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске Для описания дифракции в ближней зоне дифракция Френеля Френель предложил метод зон метод зон Френеля. Размер зон Френеля Пренебрегая величинами второго порядка малости получим...

Русский

2014-03-30

686.5 KB

5 чел.

ЛЕКЦИЯ  № 2

4. Дифракция световых волн.

Ньютон: свет  - поток корпускул.

Гюйгенс, Френель: свет – волна.

преграда: круглое отверстие, диск и др.

Объяснить это явление можно с помощью принципа Гюйгенса-Френеля:

каждая точка пространства, до которой дошел фронт волны в данный момент времени, становится источником вторичных волн, огибающая которых дает фронт волны в новый момент времени; вторичные волны – когерентные и при наложении их друг на друга образуют интерференционную картину.

Явление огибания волнами встречающихся препятствий, соизмеряемых с длиной волны, называется дифракцией волн (для световых волн – дифракцией света, при этом происходит отклонение от законов геометрической оптики).

– дифракция Френеля (в ближайшей волновой зоне)

– дифракция Фраунгóфера (в дальней волновой зоне)

5. Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске

Для описания дифракции в ближней зоне (дифракция Френеля) Френель предложил метод зон (метод зон Френеля).

Суть метода заключается в следующем.

Фронт волны разбивается на небольшие участки (зоны Френеля), расстояние от краев которых до точки наблюдения отличается на .


bm = b + m, m = 0, 1, 2, …               (2-1)

Зоны Френеля выполняют роль источников вторичных волн.

Ввиду малости зон Френеля будем считать амплитуду всех волн, идущих от одной зоны, приблизительно одинаковой и обозначим их как .

Так как в точку наблюдения M света от каждой следующей зоны будет приходиться все меньше и меньше, тогда ряд амплитуд будет представлять собой убывающую прогрессию

Колебания от двух соседних зон будут приходить в точку наблюдения M в противофазе и тогда при наложении друг на друга результирующая амплитуда может быть вычислена:

Если преград нет – полностью открытый фронт волны, тогда: , следовательно .

Размер зон Френеля?

Пренебрегая величинами второго порядка малости , получим

           (2-2)

Для оценки   тогда

             

прямолинейность распространения света!

Если на пути светового луча встречается преграда в виде круглого отверстия, в которое попадает m зон  Френеля,  тогда из (2-2) имеем:

           (2-3)

Круглое отверстие

m – четное          m – нечетное

  

min          max

– открытый фронт:  

– круглое отверстие:    в 2 раза

  в 4 раза

Зонная пластинка

     

Круглый диск

пятно Пуассона !

Из формулы (2-3) следует, что, например, для плоского фронта волны, когда а имеем

Тогда, если , то наблюдается дифракция Френеля;

Если , это соответствует геометрической оптике;

Если , это соответствует дифракции Фраунгофера.

6. Дифракция Фраунгофера на щели.

Дифракция Фраунгофера – это дифракция в дальней волновой зоне. Для объяснения этого вида дифракции используют метод векторных диаграмм.

Часть фронта волны, попадающую в отверстие щели, разбивают на очень маленькие участки, которые выполняют роль вторых источников. Амплитуды колебаний от этих участков , а разность фаз между соседним участком , тогда


m  угол дифракции – угол, на который отклоняются лучи, прошедшие через щель.

Оптическая разность хода лучей.

= аsinm

Если ∆φ = 0, тогда – это главный (центральный) max.

Если ∆φ = 2π·m, m = 1, 2, 3,…, тогда А = 0, что соответствует условию min, тогда

        (2-4)

– это условие дифракционного min на щели.

Если , А = , что соответствует условию max, тогда

  (2-5)

– это условие дифракционного max на щели.

Распределение интенсивности на экране при дифракции монохроматического света на щели.

При падении на щель белого света на экране будет наблюдаться дифракционные спектры.

7. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке.

Дифракционной решеткой называется совокупность большого числа одинаковых, отстоящих друг от друга на одно и то же расстояние щелей. Расстояние d между серединами соседних щелей называется периодом (постоянной) дифракционной решетки

 – число штрихов на единице длины

= dsinm  оптическая разность хода лучей от соседних щелей.

m  угол дифракции.

 

При освещении монохроматическим светом на экране будет наблюдаться дифракционная картина в виде чередующихся светлых и темных полос.

Условие главных max на экране при дифракции на дифракционной решетке

(2-6)

               (2-7)

Из (2-6) следует, что  при .

Количество max на экране N = 2mmax + 1

При освещении белым светом на экране будут наблюдаться дифракционные спектры:  

дифракционный спектр.

8. Дифракция рентгеновских лучей на кристаллах.

Прозрачные кристаллы представляют собой пространственную дифракционную решетку, у которой период (постоянная) d равна межузельному расстоянию 1010 м.

Тогда для наблюдения дифракции необходимо излучение с длиной волны λ < 1010 м, а это рентгеновский диапазон   1011  1010 м.

Положение max при дифракции монохроматических рентгеновских лучей на кристаллах описывается формулой Вульфа-Брэггов:

2dsin =  m,  m = 0, 1, 2, …          (2-8)

где   угол скольжения лучей (дополнительный до 90 к углу падения).

Практическое использование:

рентгеновская спектроскопия (зная d и измеряя , исследуют спектры излучения);

рентгеноструктурный анализ (зная и измеряя , исследуют структуру кристаллов).

PAGE   \* MERGEFORMAT13


S

Экран

S

Экран

b                         M

bm = b + m EMBED Equation.DSMT4  

b                         M

bm = b + m EMBED Equation.DSMT4  

аR

h

rm

a – h

r0

                     M

r0

                      M

  I

M

M

1

2

3

4

5

M

I

A1

0

A2

A3

A4

A5

A

D

a

m

M

Экран

к

ф

к

ф

белая полоса

ф

к

ф

к

белый

D

d

m

M

Экран

EMBED Equation.DSMT4

EMBED Equation.DSMT4

О

EMBED Equation.DSMT4

к  ф   к  ф          б          ф  к   ф  к

белый


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40577. Понятие жизненного цикла АИС 40.5 KB
  Цели: образовательная: содействовать формированию у студентов понимания определения жизненного цикла информационной системы; обеспечить запоминание стандартов ЖЦ АИС; развивающая: содействовать развитию умений использовать научные методы познания наблюдение гипотеза эксперимент; создать содержательные и организационные условия для развития умений анализировать познавательный объект текст определение понятия задачу и др. Вендрова Проектирование ПО Ход урока Организационный момент 24 мин: Приветствие...
40578. Web-страницы доступа к данным базы 10.27 MB
  Access 2000 позволяет создавать новые объекты страницы доступа к данным (Data Access Page), которые представляют собой Web-страницы специального типа, подключенные к источнику данных OLE DB — базе данных Access или Microsoft SQL Server, — предназначенные для работы пользователей Internet или intranet с данными базы в интерактивном режиме через браузер Internet Explorer
40579. Работа Access с данными на SQL Server 3.6 MB
  Access предоставляет возможность использовать данные из различных внешних источников. Внешними источниками данных могут служить таблицы других баз данных Access, Microsoft FoxPro, dBASE, Paradox и Microsoft SQL Server, таблицы и списки HTML и НТХ, находящиеся на сервере в локальной, корпоративной или сети Internet, данные из таких приложений, как Excel, Exchange
40580. Сущность метода Баркера 40.52 KB
  С их помощью определяются важные для предметной области объекты сущности их свойства атрибуты и отношения друг с другом связи. Графическое изображение сущности Каждая сущность должна обладать уникальным идентификатором. Каждый экземпляр сущности должен однозначно идентифицироваться и отличаться от всех других экземпляров данного типа сущности. Одна и та же интерпретация не может применяться к различным именам если только они не являются псевдонимами; сущность обладает одним или несколькими атрибутами которые либо принадлежат...
40581. Сущность метода Баркера 53 KB
  Вендрова Проектирование ПО Ход урока Организационный момент 24 мин: Приветствие оформление документов к занятию Повторение пройденного материала применяемая методика выводы1520 мин Письменные ответы на вопросы: Рассмотреть стандарты: проектирования; оформления проектной документации; пользовательского интерфейса. Сообщение темы урока постановка цели и задачи:13 мин: рассмотреть сущность метода Баркера; Изложение нового материала применяемая методика: 5060 мин. Закрепление изучаемого материала...
40582. Разработка диаграмм по методу Баркера 46 KB
  Организационный момент 23 мин: Приветствие фиксация отсутствующих проверка санитарного состояния аудитории заполнение журнала рапортички проверка подготовленности студентов к занятию. Напоминание правил техники безопасности при работе с ПК; 2. Сообщение темы цели и задач практикума 23 мин: Цели: Приобретение навыков моделирования по методу Баркера для построения моделей информационной системы. Актуализация опорных знаний и умений студентов 1015 мин: устный опрос занятие 18 п.
40583. Общие принципы и подходы к разработке ПО 869.44 KB
  Итерация N Унифицированный процесс разработки программного обеспечения USDP Модель вариантов использования описывает случаи в которых приложение будет использоваться. Аналитическая модель описывает базовые классы для приложения. Модель проектирования описывает связи и отношения между классами и выделенными объектами Модель развертывания описывает распределение программного обеспечения по компьютерам.
40584. Структурный подход 30 KB
  Все наиболее распространенные методологии структурного подхода [9111213] базируются на ряде общих принципов [3]. В качестве двух базовых принципов используются следующие: принцип разделяй и властвуй принцип решения сложных проблем путем их разбиения на множество меньших независимых задач легких для понимания и решения; принцип иерархического упорядочивания принцип организации составных частей проблемы в иерархические древовидные структуры с добавлением новых деталей на каждом уровне. Выделение двух базовых принципов не означает...
40585. Проблема сложности больших систем 21.96 KB
  Единственно эффективный подход к решению этой проблемы заключается в построении сложной системы из небольшого количества крупных частей каждая из которых в свою очередь строится из частей меньшего размера и т. по отношению к проектированию сложной программной системы это означает что ее необходимо разделять декомпозировать на небольшие подсистемы каждую из которых можно разрабатывать независимо от других. Это позволяет при разработке подсистемы любого уровня держать в уме информацию только о ней а не обо всех остальных частях системы....