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

39061. Поисково-информационные системы в сети Интернет (Google) 52.5 KB
  В первой фазе индексные сервера для каждого слова в запросе формируют список идентификаторов документов. Результирующий список документов определяется путем выделения общих идентификаторов документов для каждого слова и проставления весов оценка актуальности для каждого документа. Во второй фазе на основании списка идентификаторов документов сервера документов выдают информацию о названии документа ссылки на него URL краткого описания документа а также фрагменты текста содержащие ключевые слова поиска. Далее все слова из текста...
39062. Математические пакеты и их применение в науке и производстве 34 KB
  От других продуктов аналогичного назначения например Mple Theorist компании Wterloo Mple Softwre и Mthemtic компании Wolf Reserch MTHCD компании Mthsoft отличается ориентация на создание высококачественных документов докладов отчетов статей в режиме WYSIWYG Wht You See Is Wht You Get. Преимущества MTHCD состоит в том что он не только позволяет провести необходимые расчеты но и оформить свою работу с помощью графиков рисунков таблиц и математических формул. В MTHCD`e можно не только совмещать текст и формулы но...
39063. Системы автоматизированного проектирования. Программы AutoCAD и P-CAD 67 KB
  Программы utoCD и PCD По целевому назначению программы utoCD и PCD относятся к группе: CD англ. По отраслевому назначению программы utoCD и PCD относятся к группам: ED англ. utodesk rchitecturl Desktop utoCD Revit rchitecture Suite Pirnesi rchiCD. Сравнение utoCD и PCD Характеристика utoCD PCD 1.
39064. Работа с базами данных. Язык SQL 44 KB
  Большинство современных СУБД построено на реляционной модели данных. Для получения информации из отношений таблиц базы данных в качестве языка манипулирования данными в теоретическом плане используются три абстрактных языка: язык реляционной алгебры; язык реляционного исчисления на кортежах; язык реляционного исчисления на доменах. Накопленная информация в современных информационных технологиях хранится и организованна в базах данных.
39065. Программа для бизнес-планирования производства и оказания услуг в бизнесе Project Expert 90.5 KB
  Аналитическая система Project Expert программа позволяющая прожить планируемые инвестиционные решения без потери финансовых средств предоставить необходимую финансовую отчётность потенциальным инвесторам и кредиторам обосновать для них эффективность участия в проекте. Project Expert поможет: Разработать бизнесплан развития предприятия Разработать финансовую модель проекта и компании Определить финансирование проекта. Работу с программой Project Expert можно разделить на 6 этапов: 1.
39066. Язык UML 91 KB
  На UML диаграмме примечание присоединяется к одному или нескольким элементам диаграммы. Внутри прямоугольникапримечания помещаются комментарии или ограничения относящиеся к элементу или нескольким элементам диаграммы. UML диаграммы С помощью комбинации пиктограмм строятся UML диаграммы. Рассмотрим три из них: диаграммы прецедентов диаграммы классов и диаграммы действий.
39067. Характеристика case-средства Rational Rose 138 KB
  Назначение элементов экрана интерфейса Rose: Браузер browser используется для быстрой навигации по модели. C его помощью можно документировать элементы модели Rose. Документация будет выводиться также в отчетах создаваемых в среде Rose.
39068. Работа с объектами информационных систем на платформе 1С:Предприятие 43 KB
  1С:Предприятие является универсальной системой автоматизации деятельности предприятий учреждений. За счет своей универсальности система 1С:Предприятие может быть использована для автоматизации самых разных участков экономической деятельности предприятия: учета товарных и материальных средств взаиморасчетов с контрагентами. Самыми распространенными наверное являются такие конфигурации как Бухгалтерия Бухгалтерия государственного учреждения Зарплата и кадры бюджетного учреждения Зарплата и управление персоналом Управление...
39069. Тестированию программного обеспечения с использованием языка программирования C# и NUnit-тестов 82.5 KB
  Тестовая деятельность предусматривающая эксплуатацию программного продукта носит название динамического тестирования. Статическое и динамическое тестирование дополняют друг друга и каждый из этих типов тестирования реализует собственный подход к выявлению ошибок. К четырем компонентам которые должны быть оптимизированы для целей быстрого тестирования относятся персонал процесс комплексных испытаний статическое тестирование и динамическое тестирование. 1 Для выполнения быстрого тестирования нужны хорошо подготовленные и гибкие...