Дифракция света Дифракция волн лат diffractus —

Дифракция света

Дифракция волн (лат. diffractus - разломанный) - явление, которое можно рассматривать как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн

Дифракционные эффекты зависят от соотношения между длиной волны и характерным размером неоднородностей среды. Наиболее сильно они проявляются при размерах неоднородностей сравнимых с длиной волны.

Принцип Гюйгенса — Френеля Христиан Гюйгенс ван Зёйлихем (1629 -1695) Огюстен Жан Френель (1788 — 1827)

Принцип Гюйгенса — Френеля — основной постулат волновой теории, описывающий и объясняющий механизм распространения волн, в частности световых. Принцип Гюйгенса — Френеля является развитием принципа, который ввёл Христиан Гюйгенс в 1678 году: каждая точка поверхности, достигнутая световой волной, является вторичным источником световых волн. Огибающая вторичных волн становится волновой поверхностью в следующий момент времени. Принцип Гюйгенса объясняет распространение волн, согласующееся с законами геометрической оптики, но не может объяснить явлений дифракции. Огюстен Жан Френель в 1815 году дополнил принцип Гюйгенса, введя представления о когерентности и интерференции элементарных волн, что позволило рассматривать на основе принципа Гюйгенса — Френеля дифракционные явления.

Принцип Гюйгенса — Френеля : Каждый элемент волнового фронта можно рассматривать как центр вторичного возмущения, порождающего вторичные сферические волны, а результирующее световое поле в каждой точке пространства будет определяться интерференцией этих волн.

Принцип Гюйгенса

С 1 υ1 А 1 α С А M D N В υ2 D 1 β В 1

Дифракция на щели Условие максимума Условие минимума а - ширина щели

Дифракционная решетка Условие главных максимумов d- период решетки

Дифракция на отверстии Дифракция лазерного луча с длиной волны 650 нм, прошедшего через отверствие диаметром 0, 2 мм

Рентгеноструктурный анализ (рентгенодифракционный анализ) — один из дифракционных методов исследования структуры вещества. В основе данного метода лежит явление дифракции рентгеновских лучей на трехмерной кристаллической решетке. Метод позволяет определять атомную структуру вещества, включающую в себя пространственную группу элементарной ячейки, ее размеры и форму, а также определить группу симметрии кристалла.

X Ray Diffractometer

X-ray diffraction pattern of a crystallized enzyme

Дисперсия света

Дисперсия света (разложение света) — это явление зависимости абсолютного показателя преломления вещества от длины волны света (частотная дисперсия), или, что то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны: n =n( ), или = ( ) Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года, хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее.

Один из самых наглядных примеров дисперсии — разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона). Сущностью явления дисперсии является неодинаковая скорость распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе — оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и следовательно цвета). Обычно чем больше частота волны, тем больше показатель преломления среды и меньше ее скорость света в ней:

Взаимодействие света с веществом

Поглощение света ― ослабление интенсивности света при прохождении через вещество вследствие превращения световой энергии в другие виды энергии.

I 0 I 1 dx L - характеризует поглощательную способность данной среды и называется натуральным коэффициентом поглощения. Его величина зависит от длины волны = ( ).

Закон Бугера-Ламберта I I 0 0 L х

Пьер Бугер (1698 — 1758) Иоганн Генрих Ламберт (1728 — 1777)

Поглощение света растворами где С – молярная концентрация раствора [моль/м 3], 0 – натуральным молярный коэффициент поглощения. Закон Бугера-Ламберта-Бера

Коэффициент пропускания (Т) равен отношению интенсивности света, прошедшего через данный слой вещества (I 1) к интенсивности падающего света (I 0):

Оптическая плотность D, мера непрозрачности слоя вещества для световых лучей. Равна десятичному логарифму отношения потока излучения I 0, падающего на слой, к ослабленному в результате поглощения потоку I 1, прошедшему через этот слой:

T D 1 C C

Рассеяние света ― изменение характеристик светового потока при его взаимодействии с веществом. Этими характеристиками могут быть пространственное распределение интенсивности, частотный спектр, поляризация света.

Факторы, влияющие на рассеяние света: 1. Размер неоднородностей 2. Форма 3. Внутренняя структура 4. Состав

R = 0, 05 мкм = 0, 5 мкм n = 1, 5 Реллеевское рассеяние света R <<

R = 0, 5 мкм n = 1, 5

R = 5, 0 мкм = 0, 5 мкм n = 1, 5

Нефелометрия (от греч. nephéle — облако и. . . метрия), совокупность методов измерения интенсивности рассеянного в неоднородной среде видимого или ультрафиолетового света с целью определения концентрации, размера и формы частиц, диспергированных в данной жидкости или газе.