Тема 3. Дифракция света •

Скачать презентацию Тема 3. Дифракция света  • Скачать презентацию Тема 3. Дифракция света •

Тема 3 ДИФРАКЦИЯ.ppt

  • Количество слайдов: 34

>  Тема 3. Дифракция света  • Явление дифракции • Принцип Гюйгенса-Френеля • Тема 3. Дифракция света • Явление дифракции • Принцип Гюйгенса-Френеля • Метод зон Френеля • Дифракция от круглого отверстия • Дифракция от круглого диска • Сложение гармонических колебаний. Метод графического сложения амплитуд • Дифракция от края полуплоскости и от щели

>    Явление дифракции     Дифракция света - в Явление дифракции Дифракция света - в узком (но наиболее употребительном смысле) - огибание лучами света границы непрозрачных тел, проникновение света в область геом. тени. В широком смысле - проявление волновых свойств света в предельных условиях перехода от волновой оптики к геометрической С По законам геометрической оптики освещенным будет только В участок АВ. Согласно волновой теории света – А волны могут огибать препятствия, и освещенным будет Д участок СД (дифракция!).

>    Явление дифракции света открыл Франческо    Гримальди в Явление дифракции света открыл Франческо Гримальди в конце XVII в. Изучая природу света, Гримальди исследовал поведение очень узких световых пучков, что привело его к открытию дифракции ( diffractus (лат. ) — буквально разломанный, переломанный). Известно, что протяженный источник света (скажем Солнце) дает тени с размытыми краями и что чем меньше источник, тем более резки тени. До какой степени можно довести резкость тени? Гримальди установил, что если использовать в качестве источника света маленькое освещенное булавочное отверстие, то тени снова размываются, более того, появляются параллельные полосы, а по соседству с ними ряды Francesco Maria цветных полос. Гримальди проводил свои наблюдения, используя Grimaldi солнечный свет, проникающий в затемненную комнату через 1618 -1663 маленькую дырочку.

>    Эффект дифракции был 'переоткрыт'     Гуком в Эффект дифракции был 'переоткрыт' Гуком в 1672 г. Объяснение этому явлению было дано Френелем в 1818 г. на основании волновой теории света. Augustin-Jean Fresnel 1788 - 1827

>  Принцип Гюйгенса-Френеля Каждый элемент волновой поверхности d. S является источником вторичных сферических Принцип Гюйгенса-Френеля Каждый элемент волновой поверхности d. S является источником вторичных сферических волн которые интерферируют между собой d. S

>Согласно принципу Гюйгенса-Френеля:  • Все вторичные источники фронта волны,  исходящей из одного Согласно принципу Гюйгенса-Френеля: • Все вторичные источники фронта волны, исходящей из одного источника, когерентны между собой. • Для вторичных источников справедлив принцип суперпозиции. • Равные по площади участки волновой поверхности излучают равные интенсивности. • Амплитуда вторичных волн в направлении, составляющем угол φ с нормалью, тем меньше, чем больше угол φ

>     Метод зон Френеля   Для определения амплитуды световой Метод зон Френеля Для определения амплитуды световой волны в точке Р Френель разбил волновую поверхность на кольцевые зоны (зоны Френеля) такого размера, чтобы расстояния от краев зон до точки Р отличались на λ/2

>   Радиусы зон Френеля  hm радиус т-ой зоны:   для Радиусы зон Френеля hm радиус т-ой зоны: для плоской волны (а→∞):

>   Площади зон Френеля      площадь т-ой зоны: Площади зон Френеля площадь т-ой зоны: rm-1 ( Sm-1 , Sm - площади сферических сегментов) Площадь т-ой зоны не зависит от т, следовательно площади зон примерно одинаковы (при не слишком больших т)

>     Согласно принципу Гюйгенса-Френеля,   )φ   Согласно принципу Гюйгенса-Френеля, )φ колебание, создаваемое в точке Р поверхностью ∆S : Амплитуды колебаний Аm , создаваемых зонами Френеля в точке Р медленно монотонно убывают по мере возрастания номера зоны: A 1>A 2>A 3>…>Am-1>Am>Am+1>…

>Фазы колебаний возбуждаемых аналогичными точками соседних зон  в точке Р отличаются на π Фазы колебаний возбуждаемых аналогичными точками соседних зон в точке Р отличаются на π (разность хода )

>(в силу монотонности убывания m) (в силу монотонности убывания m)

>Дифракция от круглого отверстия     m=1     Дифракция от круглого отверстия m=1 A=2 A 0 I=4 I 0 m=2 A=0 I=0 m=3 A=2 A 0 I=4 I 0 m=4 A=0 I=0

>     (m – число открытых зон) m – нечетно: (m – число открытых зон) m – нечетно: (при малых m: А=2 А 0 I=4 I 0) m – четно: (при малых m: А=0 I=0)

> Если a и b удовлетворяют  условию: .  то число открытых зон: Если a и b удовлетворяют условию: . то число открытых зон:

>   Pʹʹ   Pʹ   I P  Pʹʹ Pʹʹ Pʹ I P Pʹʹ

> т=1  т=2   т=3  т=4 По мере увеличения числа открытых т=1 т=2 т=3 т=4 По мере увеличения числа открытых полуволновых зон, размер картины уменьшается, приближаясь к диаметру отверстия.

>Дифракция от круглого диска      Без диска:   Дифракция от круглого диска Без диска: С диском:

>Диск закрывает т первых зон    (при малых m:  А=А 0 Диск закрывает т первых зон (при малых m: А=А 0 I=I 0)

>   Pʹʹ   Pʹ P  Pʹʹ Pʹʹ Pʹ P Pʹʹ

> Изменение дифракционной картины при уменьшении  диаметра диска (числа закрытых зон) В центре Изменение дифракционной картины при уменьшении диаметра диска (числа закрытых зон) В центре экрана всегда наблюдается светлое пятно (пятно Пуассона). Диаметр и яркость пятна увеличиваются при уменьшении диаметра диска

>  Если поставить на пути световой волны пластинку, которая перекрывает все четные или Если поставить на пути световой волны пластинку, которая перекрывает все четные или все нечетные зоны, то интенсивность света в точке Р резко возрастает. Такая пластинка называется зонной и действует подобно собирающей линзе.

>Сложение гармонических колебаний. Метод графического сложения амплитуд Сложение гармонических колебаний. Метод графического сложения амплитуд

>       А 1 , А 2 Результирующее колебание: А 1 , А 2 Результирующее колебание:

>Колебания, возбуждаемые в точке Р различными участками первой зоны Френеля:  E 5 E Колебания, возбуждаемые в точке Р различными участками первой зоны Френеля: E 5 E 4 E 3 E 5 E 2 Р E 4 E 1 E 3 E 2 E 1 Граница 1 -ой зоны E=E 1+ E 2+ E 3+ E 4+ E 5 Волновая поверхность

>   Результирующее колебание в точке Р от первой зоны  от первых Результирующее колебание в точке Р от первой зоны от первых двух зон от первых трех зон от всех зон Амплитуда результирующего колебания, создаваемого всеми зонами равна половине амплитуды колебания, создаваемого первой зоной

> Дифракция от круглого отверстия       Интенсивность в Дифракция от круглого отверстия Интенсивность в Открыто нечетное число зон: центре экрана: (светлое пятно) т=1 т=3 т=5 Открыто четное число зон: (темное пятно) т=2 т=4 т=6

>Открыты все зоны Открыта половина первой зоны Открыты все зоны Открыта половина первой зоны

>   Дифракция от круглого диска закрыта 1 зона  закрыто 2 зоны Дифракция от круглого диска закрыта 1 зона закрыто 2 зоны закрыто 3 зоны Если закрыто небольшое число зон, интенсивность в центре экрана: (светлое пятно)

>   Дифракция от края полуплоскости    плоская волна  Дифракция от края полуплоскости плоская волна ∆ Площади зон не равны. Соотношение площадей: S 0 : S 1 : S 2 : S 3 : S 4 : S 5: … = 1 : 0, 41 : 0, 32 : 0, 27 : 0, 23 : 0, 22 : …

>  Спираль Корню (клотоида) P     P Спираль Корню (клотоида) P P

>P  P  P P P P

>   Дифракция от щели    Дифракцию от щели можно Дифракция от щели Дифракцию от щели можно рассматривать как дифракцию от двух полуплоскостей Изменение дифракционной картины при увеличении ширины щели. Начальная ширина соответствует одной открытой полуволновой зоне, конечная - пяти открытым зонам.

>Дифракция Френеля на узкой и широкой щели и распределение интенсивности света,  зарегистрированное с Дифракция Френеля на узкой и широкой щели и распределение интенсивности света, зарегистрированное с помощью видеокамеры