Дифракція світла

Дифракцією світла називається явище відхилення світла від прямолінійного напрямку поширення при проходженні поблизу перешкод. Як показує досвід, світло за певних умов може заходити в область геометричної тіні. Якщо на шляху рівнобіжного світлового пучка розташована кругла перешкода (круглий диск, кулька або круглий отвір у непрозорому екрані), то на екрані, розташованому на досить великій відстані від перешкоди, з'являється дифракційна картина – система почергових світлих і темних кілець. Якщо перешкода має лінійний характер (щілина, нитка, край екрана), то на екрані виникає система рівнобіжних дифракційних смуг.

Дифракційна ґратка (пристрій для вивчення закономірностей дифракції, дослідження спектрів і вимірювання довжин світлових хвиль) являє собою сукупність великого числа вузьких щілин однакової ширини, відокремлених непрозорими проміжками теж однакової ширини. (Принцип виготовлення сучасних ґраток такий: на загальному непрозорому фоні скла, вкритого тонким шаром алюмінію, мікрорізцем прорізують вузькі «вікна».)

Різні за якістю дифракційні ґратки мають від 300 до 1200 штрихів на міліметр (скла чи алюмінієвого покриття). Сума ширини прозорої ділянки ґратки і ширини непрозорої ділянки — це стала дифракційної ґратки d.Формула дифракційної ґратки : , де k=1,2,3… - ціле число.

Перше якісне пояснення явища дифракції на основі хвильових уявлень було дано англійським вченим Т. Юнгом. Незалежно від нього французький вчений О. Френель розвинув кількісну теорію дифракційних явищ (1818 р.). В основу теорії Френель поклав принцип Гюйгенса, доповнивши його ідеєю про інтерференції вторинних хвиль. Принцип Гюйгенса в його первісному вигляді дозволяв знаходити тільки положення хвильових фронтів в наступні моменти часу, тобто визначати напрям поширення хвилі. По суті, це був принцип геометричної оптики. Гіпотезу Гюйгенса про огинаючої вторинних хвиль Френель замінив фізично ясним положенням, згідно з яким вторинні хвилі, приходячи в точку спостереження, інтерферують один з одним. Принцип Гюйгенса-Френеля також являв собою певну гіпотезу, але подальший досвід підтвердив її справедливість. У ряді практично важливих випадків рішення дифракційних задач на основі цього принципу дає досить хороший результат.

Дифракція хвиль спостерігається незалежно від їх природи та може проявлятися:

в перетворенні просторової структури хвиль. В одних випадках таке перетворення можна розглядати як «огібаніе» хвилями перешкод, в інших випадках – як розширення кута поширення хвильових пучків або їх відхилення в певному напрямку;в розкладанні хвиль по їх частотному спектру;в перетворенні поляризації хвиль;у зміні фазової структури хвиль.

Найбільш добре вивчена дифракція електромагнітних (зокрема, оптичних) і акустичних хвиль, а також гравітаційно-капілярних хвиль (хвилі на поверхні рідини).