Дифракции: Дифракция | это… Что такое Дифракция?

Дифракция | это… Что такое Дифракция?

Дифракция первого и второго порядка как интерференция волн, образованных при падении плоской волны на непрозрачный экран с парой щелей. Стрелками показаны линии, проходящие через линии интерференционных максимумов

Дифра́кция во́лн (лат. diffractus — буквально разломанный, переломанный, огибание препятствия волнами) — явление, которое проявляет себя как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн. Она представляет собой универсальное волновое явление и характеризуется одними и теми же законами при наблюдении волновых полей разной природы.

Дифракция неразрывно связана с явлением интерференции. Более того, само явление дифракции зачастую трактуют как случай интерференции ограниченных в пространстве волн (интерференция вторичных волн). Общим свойством всех эффектов дифракции является зависимость степени её проявления от соотношения между длиной волны и характерным размером неоднородностей среды , либо неоднородностей структуры самой волны.

Наиболее заметно они проявляются при размерах неоднородностей, сравнимых с длиной волны. При размерах неоднородностей, существенно превышающих длину волны (на 3—4 порядка и более), явлением дифракции, как правило, можно пренебречь. В последнем случае распространение волн с высокой степенью точности описывается законами геометрической оптики. С другой стороны, если размер неоднородностей среды много меньше длины волны, то в таком случае дифракции проявляет себя в виде эффекта рассеяния волн.^[1]

Изначально явление дифракции трактовалось как огибание волной препятствия, то есть проникновение волны в область геометрической тени. С точки зрения современной науки определение дифракции как огибания светом препятствия признается недостаточным (слишком узким) и не вполне адекватным. Так, с дифракцией связывают весьма широкий круг явлений, возникающих при распространении волн (в случае учёта их пространственного ограничения) в неоднородных средах.

Дифракция волн может проявляться:

• в преобразовании пространственной структуры волн. В одних случаях такое преобразование можно рассматривать как «огибание» волнами препятствий, в других случаях — как расширение угла распространения волновых пучков или их отклонение в определённом направлении;
• в разложении волн по их частотному спектру;
• в преобразовании поляризации волн;
• в изменении фазовой структуры волн.

Наиболее хорошо изучена дифракция электромагнитных (в частности, оптических) и акустических волн, а также гравитационно-капиллярных волн (волны на поверхности жидкости).

Содержание 1 Тонкости в толковании термина «дифракция» 2 Частные случаи дифракции 2.1 Дифракция на щели 2.2 Дифракция на отверстии 2.3 Дифракция звука и ультразвуковая локация 2.4 Дифракция радиоволн и радиолокация 2.5 Дифракционная решётка 2.6 Дифракция рентгеновских лучей в кристаллах и рентгеноструктурный анализ 2.7 Дифракция света на ультразвуке 2. 8 Дифракция электронов 2.9 Брегговская дифракция 2.10 Дифракция частиц (нейтронов, атомов, молекул) 3 История исследований 4 Дифракция в фотографии 5 См. также 6 Примечания 7 Литература 8 Ссылки

Тонкости в толковании термина «дифракция»

В явлении дифракции важную роль играют исходные размеры области волнового поля и исходная структура волнового поля, которая подвержена существенной трансформации в случае, если элементы структуры волнового поля сравнимы с длиной волны или меньше её.

Например, ограниченный в пространстве волновой пучок имеет свойство «расходиться» («расплываться») в пространстве по мере распространения даже в однородной среде. Данное явление не описывается законами геометрической оптики и относится к дифракционным явлениям (дифракционная расходимость, дифракционное расплывание волнового пучка).

Исходное ограничение волнового поля в пространстве и его определённая структура могут возникнуть не только за счёт присутствия поглощающих или отражающих элементов, но и, например, при порождении (генерации, излучении) данного волнового поля.

Следует заметить, что в средах, в которых скорость волны плавно (по сравнению с длиной волны) меняется от точки к точке, распространение волнового пучка является криволинейным (см. градиентная оптика, градиентные волноводы, мираж). При этом волна также может огибать препятствие. Однако такое криволинейное распространение волны может быть описано с помощью уравнений геометрической оптики, и это явление не относится к дифракции.

Вместе с тем, во многих случаях дифракция может быть и не связана с огибанием препятствия (но всегда обусловлена его наличием). Такова, например, дифракция на непоглощающих (прозрачных), так называемых фазовых, структурах.

Поскольку, с одной стороны, явление дифракции света оказалось невозможным объяснить с точки зрения лучевой модели, то есть с точки зрения геометрической оптики, а с другой стороны, дифракция получила исчерпывающее объяснение в рамках волновой теории, то наблюдается тенденция понимать её проявление как любое отступление от законов геометрической оптики.

При этом следует заметить, что некоторые волновые явления не описываются законами геометрической оптики и, в то же время, не относятся к дифракции. К таким типично волновым явлениям относится, например, вращение плоскости поляризации световой волны в оптически активной среде, которое дифракцией не является.

Вместе с тем, единственным результатом так называемой коллинеарной дифракции с преобразованием оптических мод может быть именно поворот плоскости поляризации, в то время как дифрагированный волновой пучок сохраняет исходное направление распространения. Такой тип дифракции может быть реализован, например, как дифракция света на ультразвуке в двулучепреломляющих кристаллах, при которой волновые векторы оптической и акустической волн параллельны друг другу.

Ещё один пример: с точки зрения геометрической оптики невозможно объяснить явления, имеющие место в так называемых связанных волноводах, хотя эти явления также не относят к дифракции (волновые явления, связанные с «вытекающими» полями).

Раздел оптики «Оптика кристаллов», имеющей дело с оптической анизотропией среды, также имеет лишь косвенное отношение к проблеме дифракции. В то же самое время он нуждается в корректировке используемых представлений геометрической оптики. Это связано с различием в понятии луча (как направления распространения света) и распространения волнового фронта (то есть направления нормали к нему)

Отступление от прямолинейности распространения света наблюдается также в сильных полях тяготения. Экспериментально подтверждено, что свет, проходящий вблизи массивного объекта, например, вблизи звезды, отклоняется в её поле тяготения в сторону звезды. Таким образом, и в данном случае можно говорить об «огибании» световой волной препятствия. Однако, это явление также не относится к дифракции.

Частные случаи дифракции

Исторически в проблеме дифракции сначала рассматривались два крайних случая, связанных с ограничением препятствием (экраном с дыркой) сферической волны и это была дифракция Френеля, либо плоской волны на щели или системе отверстий — дифракция Фраунгофера

Дифракция на щели

Распределение интенсивности света при дифракции на щели

В качестве примера рассмотрим дифракционную картину возникающую при прохождении света через щель в непрозрачном экране.

Мы найдём интенсивность света в зависимости от угла в этом случае. Для написания исходного уравнения используем принцип Гюйгенса.

Рассмотрим монохроматическую плоскую волну с амплитудой с длиной волны λ, падающую на экран с щелью ширины a.

Будем считать, что щель находится в плоскости x′-y′ с центром в начале координат. Тогда может предполагаться, что дифракция производит волну ψ, которая расходится радиально. Вдали от разреза можно записать

пусть (x′,y′,0) — точка внутри разреза, по которому мы интегрируем. Мы хотим узнать интенсивность в точке (x,0,z). Щель имеет конечный размер в x направлении (от до ), и бесконечна в y направлении ([, ]).

Расстояние r от щели определяется как:

Предполагая случай дифракции Фраунгофера, получим условие . Другими словами, расстояние до точки наблюдения много больше характерного размера щели (ширины). Используя биноминальное разложение и пренебрегая слагаемыми второго и выше порядков малости, можно записать расстояние в виде:

Видно, что 1/r перед уравнением не осциллирует, то есть даёт малый вклад в интенсивность по сравнению с экспоненциальным множителем. И тогда его можно записать приближённо как z.

Здесь мы введём некую константу ‘C’, которой обозначим все постоянные множители в предыдущем уравнении. Она, в общем случае может быть комплексной, но это не важно, так как в конце нас будет интересовать только интенсивность, и нам будет интересен только квадрат модуля.

В случае дифракции Фраунгофера мало, поэтому . такое же приближение верно и для . Таким образом, считая , приводит к выражению:

Используя формулу Эйлера и её производную: и .

где ненормированная синкус функция определена как .

Подставляя в последнее выражение для амплитуды, можно получить ответ для интенсивности в виде волны в зависимости от угла θ:

См. также Дифракция на N-щелях

Дифракция на отверстии

Дифракция лазерного луча с длиной волны 650 нм, прошедшего через отверстие диаметром 0,2 мм

Дифракция звука и ультразвуковая локация

Дифракция радиоволн и радиолокация

Исследованием дифракции радиоволн занимается геометрическая теория дифракции^[2]

Дифракционная решётка

Основная статья: Дифракционная решётка

Дифракционная решётка — оптический прибор, работающий по принципу дифракции света, представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (щелей, выступов), нанесённых на некоторую поверхность. Первое описание явления сделал Джеймс Грегори, который использовал в качестве решётки птичьи перья.

Дифракция рентгеновских лучей в кристаллах и рентгеноструктурный анализ

Дифракция света на ультразвуке

Основная статья: Акустооптика

Одним из наглядных примеров дифракции света на ультразвуке является дифракция света на ультразвуке в жидкости. В одной из постановок такого эксперимента в оптически-прозрачной ванночке в форме прямоугольного параллелепипеда с оптически-прозрачной жидкостью с помощью пластинки из пьезоматериала на частоте ультразвука возбуждается стоячая волна. В её узлах плотность воды ниже, и как следствие ниже её оптическая плотность, в пучностях — выше. Таким образом, при этих условиях ванночка с водой становится для световой волны фазовой дифракционной решёткой, на которой осуществляется дифракция в виде изменения фазовой структуры волн, что можно наблюдать в оптический микроскоп методом фазового контраста или методом тёмного поля.

Дифракция электронов

Основная статья: Дифракция электронов

Дифракция электронов — процесс рассеяния электронов на совокупности частиц вещества, при котором электрон проявляет свойства, аналогичные свойствам волны. При выполнении некоторых условий, пропуская пучок электронов через материал можно зафиксировать дифракционную картину, соответствующую структуре материала. Процесс дифракции электронов получил широкое применение в аналитических исследованиях кристаллических структур металлов, сплавов, полупроводниковых материалов.

Брегговская дифракция

Основная статья: Дифракция Брэгга

Согласно Закону Брэгга каждая точка (или отражение) в этой дифракционной картине формируется конструктивной интерференцией рентгеновских лучей, проходящих через кристалл. Эти данные могут быть использованы для определения атомной структуры кристаллов.

Дифракция от трехмерной периодической структуры, такой как атомы в кристалле называется дифракцией Брегга. Это похоже на то, что происходит, когда волны рассеиваются на дифракционной решётке. Брегговская дифракция является следствием интерференции между волнами, отражёнными от кристаллических плоскостей.

Условие возникновения интерференции определяется законом Вульфа-Брегга:

,

где

d — расстояние между кристаллическими плоскостями,

θ угол скольжения — дополнительный угол к углу падения,

λ — длина волны,

n (n = 1,2…) — целое число называемое порядком дифракции.

Брегговская дифракция может осуществляться при использовании света с очень маленькой длиной волны, такого как рентгеновское излучение, либо волны материи, такие как нейтроны и электроны, длины волн которых сравнимы или много меньше, чем межатомное расстояние.^[3] Получаемые данные дают информацию о межплоскостных расстояния, что позволяет вывести кристаллическую структуру. Дифракционный контраст, в электронных микроскопах и рентгеновских топографических устройствах, в частности, также является мощным инструментом для изучения отдельных дефектов и локальных полей деформации в кристаллах.

Дифракция частиц (нейтронов, атомов, молекул)

История исследований

Основы теории дифракции были заложены при изучении дифракции света в первой половине XIX века в трудах Юнга и Френеля. Среди других учёных, которые внесли значительный вклад в изучение дифракции: Гримальди, Гюйгенс, Араго, Пуассон, Гаусс, Фраунгофер, Бабине, Кирхгоф, Аббе, У. Г. Брэгг и У. Л. Брэгг, фон Лауэ, Роуланд, Зоммерфельд, Леонтович, Фок, Ван-Циттерт, Цернике (см. История оптики).

Обнаружение дифракции частиц (электронов) в 1927 году (опыт Дэвиссона и Джермера) сыграло большую роль в подтверждении существования волн де Бройля и в подтверждении концепции корпускулярно-волнового дуализма (идеи двойственной природы волн и частиц). В XX и XXI веках продолжились исследования дифракции волн на сложных структурах.

Дифракция в фотографии

Дифракцию можно наблюдать в фотографии: чрезмерное закрытие диафрагмы (относительного отверстия) приводит к падению резкости. Поэтому для сохранения оптимально резкого изображения на фотографии не рекомендуется полностью закрывать диафрагму. Нужно отметить, что для каждого объектива существует свои границы до которых стоит закрывать диафрагму, в большинстве случаев они равны f/11. ^[4]

См. также

• Интерференция
• Рефракция
• Рассеяние волн
• Оптика
• Физическая оптика
• Волновая оптика
• Акустооптика
• Электронная оптика
• История оптики
• Волна

Примечания

1. ↑ В явлении рассеяния на мелких неоднородностях среды сказывается не только экранирование фронта волны, но и свойства самой неоднородности (скажем, водяной капли), определяющие индикатрису рассеяния, что рассматривается, например, в научной дисциплине «Оптика атмосферы» в разделе, связанном с аэрозолем.
2. ↑ Боровиков В. А., Кинбер Б. Е. Геометрическая теория дифракции. М.: Связь, 1978, 247 с.
3. ↑ John M. Cowley (1975) Diffraction physics (North-Holland, Amsterdam) ISBN 0-444-10791-6
4. ↑ Что такое дифракция в фотографии. «Про Фото»

Литература

• Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Теория поля. — Издание 7-е, исправленное.  — М.: Наука, 1988. — 512 с. — («Теоретическая физика», том II). — ISBN 5-02-014420-7
• Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.. — Т. IV. Оптика.
• И. Г. Кондратьев, Г. Д. Малюжинец Дифракция волн // Физическая энциклопедия / Д. М. Алексеев, А. М. Балдин, А. М. Бонч-Бруевич, А. С. Боровик-Романов, Б. К. Вайнштейн, С. В. Вонсовский, А. В. Гапонов-Грехов, С. С. Герштейн, И. И. Гуревич, А. А. Гусев, М. А. Ельяшевич, М. Е. Жаботинский, Д. Н. Зубарев, Б. Б. Кадомцев, И. С. Шапиро, Д. В. Ширков; под общ. ред. А. М. Прохорова. — М.: Советская энциклопедия, 1988—1998.

Ссылки

• Дифракция: тематические медиа-файлы на Викискладе

Лазерная Дифракция — Анализ Размера и Формы Частиц

Компания Microtrac уже более 40 лет является мировым лидером в области лазерного дифракционного приборостроения — постоянно совершенствуя приборную технику, мы предлагаем клиентам широкий ассортимент лазерных дифракционных приборов, которые идеально подходят для определения размеров и характеристик частиц.

НОВИНКА

• Диапазон измерения: 0.01 мкм — 4 мм
• Принцип измерения: Лазерная дифракция & Динамический анализ изображений
• Подробное описание

• Справочная информация о принципе функционирования, преимуществах и физике лазерных дифракционных анализаторов.
• Узнать больше

• Диапазон измерения: 0.02 мкм — 2.8 мм
• Принцип измерения: Лазерная дифракция
• Лазеры: 3x Красных лазера 780 нм
• Подробное описание

• Диапазон измерения: 0.01 мкм — 2.8 мм
• Принцип измерения: Лазерная дифракция
• Лазеры: 1x Красный 780 нм
  2x Голубой 405 нм
• Подробное описание

• Принцип измерения: Лазерная дифракция
• Подробное описание

Представление лазерной дифракции (ЛД)

Лазерный дифракционный анализ, также известный как статическое светорассеяние, является наиболее распространенным методом, отличным от ситового анализа, для определения распределения частиц по размерам.

Лазерный дифракционный анализ, также известный как статическое светорассеяние, является наиболее распространенным методом определения распределения частиц по размерам, отличным от традиционного ситового анализа. Метод основан на отклонении лазерного луча множеством частиц, рассеянных в потоке жидкости или воздуха. Углы дифракции или рассеяния характеризуют размер частиц. ISO 13320 всесторонне описывает методологию лазерной дифракции. Ниже объясняются преимущества и ограничения, а также рабочие механизмы и теория, лежащие в основе технологии лазерной дифракции. Microtrac была самой первой компанией, которая начала разрабатывать, производить и продавать коммерческие лазерные дифракционные анализаторы, начиная с 1970-х годов. С тех пор мы являемся технологическим лидером, постоянно продвигающим инновации. 

На сегодняшний день SYNC является самым передовым лазерным дифракционным анализатором Microtrac.

Преимущества лазерной дифракции

Использование лазерной дифракции для анализа распределения частиц по размерам дает пользователям множество преимуществ.

1.

Широкий диапазон измерений

Современные лазерные дифракционные анализаторы определяют распределение частиц по размерам в очень широком динамическом диапазоне измерений. Обычно покрывается диапазон размеров от 10 нм до 4 мм, что соответствует коэффициенту 400000 между самыми мелкими и самыми крупными измеряемыми частицами. Однако на практике лазерная дифракция обычно применяется в диапазоне размеров около 30 нм — 1000 мкм. Следует отметить, что этот широкий диапазон измерений всегда полностью доступен в современных измерительных приборах. Нет необходимости в предварительной регулировке диапазона размеров, например, путем смещения линз или выбора подходящей оптики.

2.

Универсальность

Лазерная дифракция используется во многих различных отраслях промышленности для рутинного анализа и контроля качества, а также для сложных задач исследований и разработок. Это также связано с тем, что как влажные образцы, то есть суспензии и эмульсии, так и сухие порошки могут быть легко охарактеризованы лазерной дифракцией. При влажном измерении мощные рециркуляторы и насосные системы, обычно со встроенными ультразвуковыми зондами, обеспечивают эффективную гомогенизацию, так что во многих случаях пробоподготовка может быть полностью выполнена в приборе. При сухом измерении частицы разделяются соплом Вентури в воздушном потоке.

3.

Высокая пропускная способность образцов и простота в эксплуатации

Короткое время измерения является основным преимуществом лазерной дифракции. Процедура анализа, использующая в качестве примера измерение вмокрую, включает в себя: 1. Заполнение прибора диспергирующей жидкостью с помощью автонасоса. 2. Выполнение холостого измерения (без частиц образца). 3. Добавление образца. 4. Измерение (сбор данных дифракционного сигнала), 5. Очистка прибора с помощью функции автоматической промывки. Весь цикл измерения занимает 1-2 минуты, в зависимости от использования ультразвука и количества циклов очистки. В случае измерения всухую время измерения составляет 10 — 40 секунд.

4.

Точность и воспроизводимость

Использование СРП гарантирует, что анализ с помощью лазерной дифракции всегда выполняется в одних и тех же условиях. Это практически исключает ошибки оператора и гарантирует высокую воспроизводимость даже между анализаторами установленными в разных местах. Точность лазерной дифракции может быть проверена с помощью стандартов. Требования (по точности и воспроизводимости) указаны в стандарте ISO 13320 и обычно значительно превышаются. Кстати, калибровка приборов пользователями не требуется.

5.

Надежность

Лазерные дифракционные приборы характеризуются большой надежностью и низкими требованиями к техническому обслуживанию. Метод практически не подвержен внешним помехам, и многие приборы находятся на производственных объектах. Однако для дальнейшего снижения необходимого технического обслуживания лазерного дифракционного анализатора он в идеале должен быть оснащен диодными лазерами с длительным сроком службы. Многие приборы до сих пор используют HeNe-лазеры, которые имеют значительно меньший срок службы по сравнению с лазерными диодами. Эти газовые лазеры HeNe должны регулярно заменяться и требуют времени прогрева.

Как работает Лазерная Дифракция?

Когда лазерный луч (монохроматический, когерентный, поляризованный) попадает на препятствие, возникают дифракционные явления. Дифракция происходит, например, в отверстиях, щелях, решетках и частицах. От краев частицы свет распространяется в виде сферических волновых фронтов, интерференция которых затем приводит к наблюдаемым дифракционным явлениям. Угол дифракции определяется длиной волны света и размером частицы, причем углы дифракции становятся меньше с увеличением размера частицы (Рис. 2). Для более мелких частиц характерные дифракционные максимумы исчезают, и в этом случае их чаще называют рассеянием. Однако картина рассеянного света зависит от размера даже для этих малых частиц: чем крупнее частица, тем больше света она рассеивает и тем больше рассеивается в прямом направлении (Рис. 4). Для очень мелких частиц рассеянный свет слабее и почти изотропен (одинаков во всех пространственных направлениях).

Оценка лазерной дифракции

При анализе методом лазерной дифракции рассеянный или дифрагированный свет регистрируется в максимально широком диапазоне углов с помощью специального лазерно-детекторного устройства. Оценка этого сигнала основана на принципе, что большие частицы имеют тенденцию рассеивать свет на малые углы, а малые частицы имеют максимум рассеянного света на больших углах. При оценке сигнала необходимо учитывать, что размер частиц не соответствует определенному углу, а что каждая частица рассеивает свет во всех направлениях, только с разной интенсивностью. Таким образом, это косвенный метод измерения, поскольку размер частицы не измеряется непосредственно, а вычисляется с помощью вторичного свойства (дифракционной картины). Кроме того, регистрируемая дифракционная картина генерируется частицами разных размеров одновременно, поэтому она представляет собой суперпозицию рассеянного света многих частиц разных размеров. Поэтому лазерная дифракция является так называемым совокупным методом измерения. Во время оценки все сигналы обрабатываются так, как если бы они были сгенерированы идеальными сферическими частицами. Форма частиц не обнаруживается. Неcферическая форма частиц приводит к более широкому распределению размеров, поскольку как ширина, так и длина частиц вносят свой вклад в общий сигнал рассеяния и включаются в результат.

Типичная установка в лазерном дифракционном анализаторе Microtrac (ЛД) с лазерами, попадающими в ячейку образца, и детекторами, определяющими картину светорассеяния после прохождения через коллекторную линзу.

Пределы лазерной дифракции

Верхний предел диапазона измерения лазерной дифракции определяется тем, что с увеличением размера частиц углы дифракции становятся все меньше и меньше. В результате небольшие различия между размерами частиц труднее обнаружить метрологически, а разрешение лазерной дифракции уменьшается. Нижняя граница диапазона измерений определяется слабой интенсивностью рассеянного света от мелких частиц. Использование коротковолнового света, который приносит большую интенсивность рассеяния, может расширить диапазон измерения лазерной дифракции до меньшего размера частиц. Именно поэтому многие лазерные дифракционные анализаторы используют красные и синие источники света.

В чем разница между Фурье — оптикой и обратной Фурье-оптикой?

Согласно ISO 13320, измерительные приборы для лазерной дифракции могут работать как с Фурье-оптикой, так и с обратной Фурье-оптикой. При Фурье-оптике частицы освещаются параллельным пучком, тогда как при обратном Фурье-расположении используется сходящийся лазерный луч. Преимущество Фурье-оптики заключается в том, что дифракционный сигнал всегда правильно детектируется независимо от положения частицы в лазерном луче, и в любой точке исследуемого объема образца преобладают равные условия дифракции. При обратной установке Фурье поток частиц должен быть относительно узким, и, кроме того, частицы одинакового размера в сходящемся пучке имеют разные углы дифракции относительно оптической оси. Все это обычно приводит к размытым дифракционным картинам по сравнению с оптикой Фурье. Преимущество обратного метода Фурье состоит в том, что на меньшем массиве детекторов можно собрать более широкий угловой диапазон. Однако при соответствующей конструкции угловой диапазон 0-163 ° также может быть покрыт с помощью Фурье оптики. Поэтому в лазерных дифракционных анализаторах производства Microtrac используется схема Фурье.

Лазерная дифракция с преобразованием Фурье (слева, MICROTRAC) и обратное преобразование Фурье (справа)

В чем разница между аппроксимацией Фраунгофера и оценкой Ми?

«Лазерная дифракция» и «статический анализ светорассеяния» часто используются взаимозаменяемо, хотя термин «лазерная дифракция» утвердился во многих отраслях промышленности и лабораториях. Дифракция дает максимумы и минимумы в распределении интенсивности под характерными углами. Это распределение описывается так называемой теорией Фраунгофера. Преимущество приближения Фраунгофера состоит в том, что не требуется знать никаких других свойств материала образца. Однако этот подход неприменим для более мелких и прозрачных частиц, так как здесь оптические свойства частиц также оказывают влияние на распределение интенсивности на детекторах. Эти оптические свойства, по существу показатель преломления, должны быть известны для оценки распределения частиц по размерам. Такого рода оценка производится в соответствии с теорией Ми, названной в честь физика Густава Ми. Строго говоря, дифракция Фраунгофера является лишь частным случаем теории Ми, которая всесторонне описывает все явления дифракции и светорассеяния.

Лазерная дифракция — Рисунок 4

Картина светорассеяния меняется в зависимости от размера частиц. Для частиц с диаметром d, значительно превышающим длину волны света, применима аппроксимация Фраунгофера. Для более мелких частиц необходимо использовать оценку Ми. Рассеяние от очень мелких частиц называется Рэлеевским рассеянием.

Microtrac MRB Продукты & Контакты

Анализаторы на принципе лазерной дифракции SYNC

Различные анализаторы Microtrac, такие как прибор SYNC, используют лазерную дифракцию для характеристики частиц.

Анализаторы лазерной дифракции

Наша команда экспертов будет рада проконсультировать вас о вашем применении и о нашем ассортименте продуктов.

Свяжитесь с нами для получения бесплатной консультации

Лазерная дифракция — Часто задаваемые вопросы

Что такое Лазерная дифракция (ЛД)?

Лазерная дифракция (ЛД) — это технология измерения для определения распределения частиц по размерам. В этом методе лазерный луч перенаправляется множеством частиц, рассеянных в потоке жидкости или воздуха. Результирующая картина отклонения углов светорассеяния лазера характерна для размера частиц материала и регистрируется соответствующим датчиком.

Какие стандарты и нормы относятся к Лазерной Дифракции (ЛД)?

Принцип измерения Лазерной Дифракции (ЛД) описан в стандарте ISO 13320. Представление результатов анализа размера частиц описано в стандарте ISO 9276-6.

Сколько времени занимает измерение с помощью метода Лазерной Дифракции (ЛД)?

Типичное измерение с помощью метода Лазерной Дифракции (ЛД) обычно занимает 1-2 минуты для частиц, диспергированных в жидкости. Сухие измерения частиц, диспергированных в воздушном потоке с использованием лазерной дифракции, выполняются еще быстрее, время измерения всего 10-40 секунд.

Каковы преимущества метода Лазерной Дифракции (ЛД)?

Преимущества метода Лазерной Дифракции (ЛД) включают широкий диапазон измерений (от 10 нм до 4 мм), большую универсальность (подходит для многих различных материалов), высокую пропускную способность образцов, простоту в эксплуатации, точность и воспроизводимость, а также общую надежность лазерных дифрактометров.

Каков диапазон измерения метода Лазерной Дифракции (ЛД)?

Как правило, лазерные дифрактометры (ЛД) охватывают диапазон размеров частиц от 10 нм до 4 мм. Это соответствует коэффициенту 400 000 между самыми маленькими и самыми большими измеряемыми частицами. В большинстве применений лазерная дифракция (ЛД) обычно используется для распределения частиц по размерам от 30 нм до 1 мм.

Кто использует Лазерные Дифрактометры?

Лазерное дифрактометры (ЛД) обычно используется в исследованиях или контроле качества. В научных исследованиях лазерные дифрактометры (ЛД) используются для исследования и разработки новых материалов; в контроле качества они используются для обеспечения постоянного соблюдения соответствующих свойств выпускаемой продукции.

Определение дифракции и значение | Dictionary.com

• Основные определения
• Тест
• Связанный контент
• Примеры
• Британский
• Научный
• Культурный

Уровень сложности этого слова показывается на основе уровня сложности.

[ dih-frak-shuhn ]

/ dɪˈfræk ʃən /

Сохранить это слово!

См. синонимы слова «дифракция» на сайте Thesaurus.com

Показывает уровень оценки в зависимости от сложности слова.

---

сущ. Физика.

явление, проявляющееся в том, что волновые фронты, проходя край непрозрачного тела, модулируются, вызывая тем самым перераспределение энергии внутри фронта: в световых волнах это явление обнаруживается по наличию узора из близко расположенных темных и светлых полос (дифракционная картина) на краю тени.

огибание волн, особенно звуковых и световых волн, вокруг препятствий на их пути.

ВИКТОРИНА

ВЫ ПРОЙДЕТЕ ЭТИ ГРАММАТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ИЛИ НАТЯНУТСЯ?

Плавно переходите к этим распространенным грамматическим ошибкам, которые ставят многих людей в тупик. Удачи!

Вопрос 1 из 7

Заполните пропуск: Я не могу понять, что _____ подарил мне этот подарок.

Происхождение дифракции

1665–75; <Новое латинское diffrāctiōn- (основа слова diffrāctiō) разбиение, эквивалентное латинскому diffrāct(us) разбиение (причастие прошедшего времени от diffringere) + -iōn--ion. См. дифракция, фракция

СЛОВА, КОТОРЫЕ МОЖНО СПУТАТЬ С ДИФРАКЦИЕЙ

дифракция, диффузия, отражение, разрежение, преломление

Слова рядом с diffraction

diffidently, diffluence, difffluent, Difflugia, diffract, diffraction, diffracture gret, diffact pattern, diffractive, diffractometer, diffusate

Dictionary. com Unabridged На основе Random House Unabridged Dictionary, © Random House, Inc. 2022

Слова, относящиеся к дифракции

эмиссия, трансляция, циркуляция, диффузия, рассеивание, дисперсия, диссипация, распределение, дивариация, дивергенция, поляризация, распространение, разветвление, рассеяние , распространение, передача

Как использовать дифракцию в предложении

• Рентгеновская дифракция — инструмент визуализации, который показывает расположение отдельных молекул — показывает, что полимеры изменяют беспорядочную некристаллическую фазу при высоких температурах на упорядоченную кристаллическую фазу, когда они круче.

  Новая ткань охлаждает, когда жарко, и согревает, когда холодно|Кэти Грейс Карпентер|18 апреля 2022 г.|Новости науки для студентов

• Кристаллы были не единственными возможными формами материи с упорядоченным расположением атомы и точечные дифракционные картины.

  Что «невозможное» значило для Ричарда Фейнмана — Выпуск 108: Изменение|Пол Дж. Стейнхардт|24 ноября 2021|Наутилус

• Это не было похоже ни на одну другую дифракционную картину, которую когда-либо видел Фейнман.

  Что означало невозможное для Ричарда Фейнмана — Выпуск 108: Изменение|Пол Дж. Стейнхардт|24 ноября 2021 г.|Nautilus

• Кронштейн вторичного зеркала с четырьмя кронштейнами помогает сократить потери света и всплески дифракции.

  Как просматривать ваши любимые планеты и астрономические события|Джен МакКаффери|21 июля 2021 г.|Popular-Science

• Затем эти кристаллы облучаются рентгеновскими лучами, что позволяет ученым работать в обратном направлении от дифракционных картин, которые они создают, чтобы построить картину самого белка.

  Знайте, когда их складывать: как компания, наиболее известная своими играми, использовала ИИ. разгадать одну из величайших загадок биологии|Джереми Кан|30 ноября 2020 г.|Fortune

• Это чисто оптическое явление, связанное с дифракцией света.

  Визуальные иллюзии|Мэттью Лакиш

• Таким образом, несомненно, что это явление дифракции света, просто вызванное пузырьками тумана.

  Молодежная библиотека, том XI (из 20)|Разное

• Рентгенодифракционные исследования не выявили материальных различий, а также не было обнаружено различий в «ощущении», запахе или пластичности.

  Атомы, природа и человек|Нил О. Хайнс

• Достигается идеальная прозрачность, поскольку нет ни преломления, ни дифракции видимых цветов.

  Поразительные истории, март 1931 г.|Разное

• Эта дифракция света впервые окончательно доказала нам реальность волновой теории света.

  Scientific American Adducement, № 467, 13 декабря 1884 г. | Различные

Британские определения словаря для дифракции

Дифракция

/ (dɪˈfrækʃən) /

---

Noun

Abhite). на краю препятствия на своем пути

любое явление, вызванное дифракцией и интерференцией света, такое как образование светлых и темных полос при прохождении света через небольшое отверстие

отклонение звуковых волн, вызванное препятствием или неоднородностью среды

Word Origin для дифракции

C17: от нового латинского diffractiō a разбивать на части, от латинского diffringere — разбивать, от disapart + frangere — разбивать

Collins English Dictionary — Complete & Unabridged 2012 Digital Edition © William Collins Sons & Co. Ltd. 1979, 1986 © HarperCollins Издатели 1998, 2000, 2003, 2005, 2006, 2007, 2009, 2012 г.

Научные определения для дифракции

Дифракция

[Dĭ-Frăk’shən]

---

, вокруг края объекта. Смотрите больше на волне.

Научный словарь American Heritage® Авторские права © 2011. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

Культурные определения дифракции

дифракция

---

Разбиение приходящей волны какой-либо геометрической структурой — например, серией щелей — с последующей реконструкцией волны интерференцией. Дифракция света характеризуется чередующимися светлыми и темными полосами или полосами разных цветов.

Новый словарь культурной грамотности, третье издание Авторское право © 2005 г., издательство Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

17.1 Понимание дифракции и интерференции

Цели обученияДифракция и интерференцияРасчеты с учетом дифракции и интерференцииУчебные задачиПроверьте свое понимание

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

• Объяснить волновое поведение света, включая дифракцию и интерференцию, включая роль конструктивной и деструктивной интерференции в экспериментах Юнга с одной и двумя щелями
• Выполнение расчетов с учетом дифракции и интерференции, в частности длины волны света с использованием данных двухщелевой интерференционной картины

The first row reads diffraction, Huygens’s principle, monochromatic. The second row reads wavefront.»>

Основные термины раздела

дифракция	Принцип Гюйгенса	однотонный
волновой фронт

Дифракция и интерференция

Мы знаем, что видимый свет — это электромагнитная волна, на которую реагируют наши глаза. Как мы видели ранее, свет подчиняется уравнению

с=fλ,c=fλ,

, где c=3,00×108c=3,00×108 м/с – скорость света в вакууме, f – частота электромагнитной волны в Гц (или с ^–1 ), λλ – ее длина волны в м . Диапазон видимых длин волн составляет приблизительно от 380 до 750 нм. Как и для всех волн, свет распространяется прямолинейно и действует как луч, когда взаимодействует с объектами, в несколько раз превышающими его длину волны. Однако, когда он взаимодействует с более мелкими объектами, он заметно проявляет свои волновые характеристики. Интерференция — это идентифицирующее поведение волны.

На рис. 17.2 можно увидеть как лучевые, так и волновые характеристики света. Лазерный луч, испускаемый обсерваторией, отражает поведение луча, поскольку он движется по прямой линии. Пропускание чистого одноволнового луча через вертикальные щели шириной, близкой к длине волны луча, обнаруживает волновой характер света. Здесь мы видим, как луч распространяется горизонтально в виде узора из ярких и темных областей, которые вызваны систематической конструктивной и деструктивной интерференцией. Поскольку это характерно для волнового поведения, интерференция наблюдается для водяных, звуковых и световых волн.

Рис. 17.2 (а) Луч света, испускаемый лазером в обсерватории Параналь (часть Европейской южной обсерватории в Чили), действует как луч, движущийся по прямой линии. (кредит: Юрий Белецкий, Европейская южная обсерватория) (б) Лазерный луч, проходящий через сетку вертикальных щелей, создает интерференционную картину, характерную для волны. (кредит: Шимон и Слава Рыбка, Wikimedia Commons)

То, что интерференция является характеристикой распространения энергии волнами, более убедительно демонстрируется волнами на воде. На рис. 17.3 показаны водные волны, проходящие через щели между некоторыми камнями. Вы можете легко увидеть, что ширина зазоров аналогична длине волны, и это вызывает интерференционную картину, когда волны проходят за зазоры. Поперечное сечение волн на переднем плане показало бы гребни и впадины, характерные для интерференционной картины.

Рис. 17.3 Входящие волны (вверху рисунка) проходят через щели в скалах и создают интерференционную картину (на переднем плане).

Свет имеет волновые характеристики в различных средах, а также в вакууме. Когда свет переходит из вакуума в какую-либо среду, например воду, его скорость и длина волны меняются, но его частота f остается неизменной. Скорость света в среде v=c/nv=c/n, где n — его показатель преломления. Если вы разделите обе части уравнения c=fλc=fλ на n , вы получаете c/n=v=fλ/nc/n=v=fλ/n. Следовательно, v=fλnv=fλn, где λnλn — длина волны в среде, а

λn=λn,λn=λn,

, где λλ — длина волны в вакууме, а n — показатель преломления среды. Отсюда следует, что длина волны света в любой среде меньше, чем в вакууме. Например, в воде, у которой n = 1,333, диапазон видимых длин волн составляет от (380 нм)/1,333 до (760 нм)/1,333, или λn=λn=285–570 нм. Хотя длины волн меняются при перемещении из одной среды в другую, цвета не меняются, поскольку цвета связаны с частотой.

Голландский ученый Христиан Гюйгенс (1629–1695) разработал полезную технику для детального определения того, как и где распространяются волны. Он использовал волновые фронты, которые представляют собой точки на поверхности волны, имеющие одну и ту же постоянную фазу (например, все точки, составляющие гребень водной волны). Принцип Гюйгенса гласит: «Каждая точка на фронте волны является источником вейвлетов, которые распространяются в прямом направлении с той же скоростью, что и сама волна. Новый волновой фронт — это линия, касательная ко всем вейвлетам».

На рис. 17.4 показано, как применяется принцип Гюйгенса. Фронт волны — это длинный фронт, который движется; например, гребень или корыто. Каждая точка волнового фронта излучает полукруглую волну, которая движется со скоростью v . Они нарисованы позже в момент времени t , так что они переместились на расстояние s=vts=vt. Новый волновой фронт представляет собой линию, касательную к вейвлетам, и находится там, где волна расположена в момент времени t . Принцип Гюйгенса работает для всех типов волн, включая волны воды, звуковые волны и световые волны. Это будет полезно не только при описании того, как распространяются световые волны, но и как они интерферируют.

Рис. 17.4 Применение принципа Гюйгенса к прямолинейному волновому фронту. Каждая точка на фронте волны излучает полукруглый вейвлет, который перемещается на расстояние s=vts=vt. Новый волновой фронт представляет собой линию, касательную к вейвлетам.

Что происходит, когда волна проходит через отверстие, например свет проникает через открытую дверь в темную комнату? Что касается света, вы ожидаете увидеть резкую тень от дверного проема на полу комнаты, и вы ожидаете, что свет не будет огибать углы в другие части комнаты. Когда звук проходит через дверь, вы слышите его повсюду в комнате и, таким образом, понимаете, что звук распространяется при прохождении через такой проем. Чем отличается поведение звуковых волн от световых в этом случае? Ответ заключается в том, что длины волн, из которых состоит свет, очень короткие, поэтому свет действует как луч. Звук имеет длину волны порядка размера двери, поэтому он огибает углы.

Если свет проходит через меньшие отверстия, часто называемые щелями, вы можете использовать принцип Гюйгенса, чтобы показать, что свет изгибается так же, как и звук (см. рис. 17.5). Огибание волной краев отверстия или препятствия называется дифракцией. Дифракция — это волновая характеристика, которая имеет место для всех типов волн. Если для явления наблюдается дифракция, это свидетельствует о том, что явление вызвано волнами. Таким образом, горизонтальная дифракция лазерного луча после прохождения через щели на рис. 17.2 свидетельствует о том, что свет обладает свойствами волны.

Рис. 17.5. Применение принципа Гюйгенса к прямому волновому фронту, падающему на отверстие. Края волнового фронта изгибаются после прохождения через отверстие, этот процесс называется дифракцией. Величина изгиба является более экстремальной для небольшого отверстия, что согласуется с тем фактом, что волновые характеристики наиболее заметны при взаимодействии с объектами примерно того же размера, что и длина волны.

И снова волны на воде представляют собой знакомый пример волнового явления, которое легко наблюдать и понимать, как показано на рис. 17.6.

Рис. 17.6 Океанские волны проходят через отверстие в рифе, образуя дифракционную картину. Дифракция возникает из-за того, что ширина отверстия аналогична длине волны.

Watch Physics

Интерференция с одной щелью

В этом видео используются математические расчеты, необходимые для прогнозирования дифракционных картин, вызванных интерференцией с одной щелью.

Щелкните для просмотра содержимого

Какие значения м обозначают место деструктивной интерференции на однощелевой дифракционной картине?

1. целые числа, кроме нуля
2. целых чисел
3. вещественных чисел без нуля
4. действительные числа

Тот факт, что принцип Гюйгенса работал, не считался достаточным доказательством того, что свет является волной. Люди также не хотели принимать волновую природу света, потому что это противоречило идеям Исаака Ньютона, который все еще пользовался большим уважением. Признание волнового характера света пришло после 1801 г., когда английский физик и врач Томас Юнг (1773–1829 гг.) провел ставший уже классическим эксперимент с двумя щелями (см. рис. 17.7).

Рис. 17.7 Двухщелевой эксперимент Юнга. Здесь свет одной длины волны проходит через пару вертикальных щелей и создает на экране дифракционную картину — многочисленные вертикальные светлые и темные линии, разбросанные по горизонтали. Без дифракции и интерференции свет просто образовал бы две линии на экране.

Когда свет проходит через узкие щели, он преломляется в полукруглые волны, как показано на рис. 17.8 (а). Чистая конструктивная интерференция возникает там, где волны выстраиваются в линию гребень к гребню или впадина к впадине. Чисто деструктивное вмешательство происходит там, где они выстраиваются от гребня к впадине. Свет должен падать на экран и рассеиваться в наших глазах, чтобы рисунок был виден. Аналогичная картина для волн на воде показана на рис. 17.8 (b). Обратите внимание, что области конструктивной и деструктивной интерференции выходят из щелей под определенными углами к исходному лучу. Эти углы зависят от длины волны и расстояния между щелями, как вы увидите ниже.

Рис. 17.8 Двойные щели создают два интерферирующих источника волн. (а) Свет распространяется (дифрагирует) от каждой щели, потому что щели узкие. Волны перекрываются и интерферируют конструктивно (светлые линии) и деструктивно (темные области). Вы можете увидеть эффект, только если свет падает на экран и рассеивается в ваших глазах. (b) Двухщелевая интерференционная картина волн на воде почти идентична таковой для света. Волновое воздействие больше всего в областях конструктивной интерференции и наименьшее в областях деструктивной интерференции. в) Когда свет, прошедший через двойные щели, падает на экран, мы видим такую ​​картину.

Виртуальная физика

Интерференция волн

Рисунок 17.9 Щелкните здесь для моделирования интерференции волн.

Это моделирование демонстрирует большинство волновых явлений, обсуждаемых в этом разделе. Во-первых, наблюдайте интерференцию между двумя источниками электромагнитного излучения без добавления щелей. Посмотрите, как волны воды, звук и свет демонстрируют интерференционные картины. Оставайтесь со световыми волнами и используйте только один источник. Создайте дифракционные картины с одной щелью, а затем с двумя. Возможно, вам придется отрегулировать ширину щели, чтобы увидеть рисунок.

Визуально сравните ширину щели с длиной волны. Когда вы получаете наиболее четкую дифракционную картину?

1. когда ширина щели больше длины волны
2. , когда ширина щели меньше длины волны
3. , когда ширина щели сравнима с длиной волны
4. при бесконечной ширине щели

Расчеты с учетом дифракции и интерференции

Тот факт, что длина волны света одного цвета или монохроматического света может быть рассчитана по его двухщелевой дифракционной картине в экспериментах Юнга, подтверждает вывод о том, что свет обладает волновыми свойствами. Чтобы понять основу таких расчетов, рассмотрим, как две волны проходят от щелей к экрану. Каждая щель находится на разном расстоянии от заданной точки на экране. Таким образом, на каждый путь укладывается разное количество длин волн. Волны начинаются от щелей в фазе (гребень к гребню), но заканчиваются в противофазе (гребень к впадине) на экране, если пути различаются по длине на половину длины волны, создавая деструктивные помехи. Если пути различаются на целую длину волны, то волны приходят на экран синфазно (гребень к гребню), конструктивно интерферируя. В более общем случае, если пути, по которым проходят две волны, отличаются на любое полуцелое число длин волн (12λ, 32λ, 52λ и т. д.) (12λ, 32λ, 52λ и т. д.), то возникает деструктивная интерференция. Точно так же, если пути, по которым проходят две волны, отличаются на любое целое число длин волн (λ, 2λ, 3λ и т. д.) (λ, 2λ, 3λ и т. д.), возникает конструктивная интерференция.

На рис. 17.10 показано, как определить разность длин пути для волн, идущих от двух щелей к общей точке экрана. Если экран находится на большом расстоянии по сравнению с расстоянием между щелями, то угол θθ между траекторией и линией от щелей, перпендикулярной экрану (см. рисунок), для каждой траектории примерно одинаков. Это приближение и простая тригонометрия показывают, что разность длин ΔLΔL равна dsinθdsinθ, где d — расстояние между щелями,

ΔL=dsinθ. ΔL=dsinθ.

Чтобы получить конструктивную интерференцию для двойной щели, разность длин пути должна быть целым числом, кратным длине волны, или

dsinθ=mλ, для m=0,1,−1,2,−2,… (конструктивный).dsinθ=mλ, для m=0,1,−1,2,−2,…(конструктивный).

Точно так же, чтобы получить деструктивную интерференцию для двойной щели, разность длин пути должна быть кратной половине длины волны, или

dsinθ=(m+½)λ, для m=0,1,−1,2,−2,… (разрушающий).dsinθ=(m+½)λ, для m=0,1,−1,2 ,−2,…(деструктивный).

Номер м порядок помех. Например, м = 4 — это помехи четвертого порядка.

Рис. 17.10 Пути от каждой щели до общей точки на экране отличаются на величину d sin θd sin θ, если предположить, что расстояние до экрана намного больше, чем расстояние между щелями (здесь не в масштабе).

На рис. 17.11 показано, как уменьшается интенсивность полос конструктивной интерференции с увеличением угла.

Рис. 17.11 Интерференционная картина для двойной щели имеет интенсивность, которая падает с углом. На фотографии видно множество ярких и темных линий или полос, образованных светом, проходящим через двойную щель.

Свет, проходящий через одиночную щель, образует дифракционную картину, несколько отличную от той, что образуется от двойных щелей. На рис. 17.12 показана картина дифракции от одной щели. Обратите внимание, что центральный максимум больше, чем с обеих сторон, и что интенсивность быстро уменьшается с обеих сторон.

Рис. 17.12 (а) Однощелевая дифрактограмма. Монохроматический свет, проходящий через одну щель, дает центральный максимум и множество меньших и более тусклых максимумов по обеим сторонам. Центральный максимум в шесть раз выше показанного. (b) На рисунке показан яркий центральный максимум и более тусклые и тонкие максимумы по бокам. (c) Расположение минимумов показано через λλ и D .

Анализ однощелевой дифракции показан на рис. 17.13. Если предположить, что экран находится очень далеко по сравнению с размером щели, лучи, направляющиеся к общей цели, почти параллельны. Это приближение допускает ряд тригонометрических операций, которые приводят к уравнениям для минимумов, создаваемых деструктивной интерференцией.

Dsinθ=mλDsinθ=mλ

или

DyL=mλDyL=mλ

Когда лучи движутся прямо вперед, они остаются в фазе, и получается центральный максимум. Однако, когда лучи проходят под углом θθ относительно первоначального направления луча, каждый луч проходит разное расстояние до экрана, и они могут приходиться в фазе или в противофазе. Таким образом, луч из центра проходит на расстояние λ/2λ/2 дальше, чем луч от верхнего края щели, приходят в противофазе и деструктивно интерферируют. Точно так же для каждого луча между вершиной и центром щели существует луч между центром и низом щели, который проходит расстояние λ/2λ/2 дальше от общей точки на экране и, таким образом, деструктивно интерферирует. . Симметрично ниже прямого луча будет еще один минимум под тем же углом.

Рисунок 17.13 Уравнения для однощелевой дифракционной картины, где λ — длина волны света, D — ширина щели, θθ — угол между линией от щели до минимума и линией, перпендикулярной экрану , L — расстояние от щели до экрана, y — расстояние от центра узора до минимума, а m — ненулевое целое число, указывающее порядок минимума.

Ниже мы суммируем уравнения, необходимые для последующих расчетов.

Скорость света в вакууме c , длина волны света λλ и его частота f связаны следующим образом.

с=fλc=fλ

Длина волны света в среде, λnλn, по сравнению с его длиной волны в вакууме, λλ, равна

17.1λn=λn.λn=λn.

Чтобы рассчитать положение конструктивной интерференции для двойной щели, разность длин пути должна быть целым числом, кратным м длины волны. λλ

dsinθ=mλ, для m=0,1,−1,2,−2,…(конструктивный),dsinθ=mλ, для m=0,1,−1,2,−2,…(конструктивный),

, где d — расстояние между щелями, а θθ — угол между линией от щелей до максимума и линией, перпендикулярной к преграде, в которой расположены щели. Чтобы рассчитать положение деструктивной интерференции для двойной щели, разность длин пути должна быть кратной половине длины волны:

dsinθ=(m+½)λ, для m=0,1,−1,2,−2,… (разрушающий).dsinθ=(m+½)λ, для m=0,1,−1,2 ,−2,…(деструктивный).

Для однощелевой дифрактограммы ширина щели, D , расстояние до первого ( м = 1) минимума деструктивной интерференции, y , расстояние от щели до экрана, L , а длина волны λλ определяется как

DyL=λ.DyL=λ.

Также для однощелевой дифракции

Dsinθ=mλ,Dsinθ=mλ,

, где θθ — угол между линией от щели до минимума и линией, перпендикулярной экрану, а м это порядок минимум.

Рабочий пример

Двухщелевая интерференция

Предположим, вы пропускаете свет гелий-неонового лазера через две щели, разделенные расстоянием 0,0100 мм, и обнаруживаете, что третья яркая линия на экране формируется под углом 10,95º относительно падающий пучок. Какова длина волны света?

СТРАТЕГИЯ

Третья светлая линия обусловлена ​​конструктивной интерференцией третьего порядка, что означает, что м = 3. Вам дано d = 0,0100 мм и θθ = 10,95º. Таким образом, длину волны можно найти, используя уравнение dsinθ=mλdsinθ=mλ для конструктивной интерференции.

Решение

Уравнение dsinθ=mλdsinθ=mλ. Решение для длины волны λλ дает

17,2λ=dsinθm.λ=dsinθm.

Подстановка известных значений дает

17,3λ=(0,0100 мм)(sin 10,95°)3=6,33×10−4 мм=633 нм.λ=(0,0100 мм)(sin 10,95°)3=6,33×10−4 мм=633 нм.

Обсуждение

В трехзначном выражении 633 нм — это длина волны света, излучаемого обычным гелий-неоновым лазером. Не случайно этот красный цвет похож на тот, который излучают неоновые огни. Однако более важным является тот факт, что интерференционные картины можно использовать для измерения длины волны. Янг сделал это для видимых длин волн. Его аналитический метод до сих пор широко используется для измерения электромагнитных спектров. Для данного порядка угол конструктивной интерференции увеличивается с увеличением λλ, поэтому можно получить спектры (измерения интенсивности в зависимости от длины волны).

Рабочий пример

Дифракция с одной щелью

Видимый свет с длиной волны 550 нм падает на одну щель и дает второй минимум дифракции под углом 45,0° к направлению падения света. Какова ширина щели?

СТРАТЕГИЯ

Исходя из данной информации и при условии, что экран находится далеко от щели, вы можете использовать уравнение Dsinθ=mλDsinθ=mλ, чтобы найти D .

Раствор

Приведены количества λλ = 550 нм, м = 2, а θ2θ2 = 45,0°. Решение уравнения Dsinθ=mλDsinθ=mλ для D и подстановка известных значений дает

17,4D=mλsinθ=2(550 нм)sin45,0°=1,56 × 10–6 м.D=mλsinθ=2(550 нм)sin45. 0°=1,56×10-6 м.

Обсуждение

Вы видите, что щель узкая (всего в несколько раз больше длины волны света). Это согласуется с тем фактом, что свет должен взаимодействовать с объектом, сравнимым по размеру с его длиной волны, чтобы проявлять значительные волновые эффекты, такие как эта дифракционная картина с одной щелью.

Практические задачи

Монохроматический свет от лазера проходит через две щели, разделенные расстоянием 0,00500 мм. Третья яркая линия на экране формируется под углом 18,0∘ к падающему лучу. Какова длина волны света?

1. 51,5 нм
2. 77,3 нм
3. 515 нм
4. 773 нм

Какова ширина одиночной щели, через которую проходит оранжевый свет с длиной волны 610 нм, образуя первый дифракционный минимум под углом 30,0°?

1. 0,863 мкм
2. 0,704 мкм
3. 0,610 мкм
4. 1,22 мкм

Проверьте свое понимание

Упражнение 1

Какой аспект луча монохроматического света изменяется, когда он попадает из вакуума в воду, и как он изменяется?

1. Длина волны сначала уменьшается, а затем увеличивается.
2. Длина волны сначала увеличивается, а затем уменьшается.
3. Длина волны увеличивается.
4. Длина волны уменьшается.

Упражнение 2

Выйдите на улицу на солнечный свет и понаблюдайте за своей тенью. У него нечеткие края, даже если у вас их нет. Это дифракционный эффект? Объяснять.

1. Это эффект дифракции. Все ваше тело действует как источник нового волнового фронта.
2. Это эффект дифракции. Каждая точка на краю вашей тени действует как источник нового волнового фронта.
3. Это эффект преломления. Все ваше тело действует как источник нового волнового фронта.
4. Это эффект преломления. Каждая точка на краю вашей тени действует как источник нового волнового фронта.

Упражнение 3

Какой аспект монохроматического зеленого света меняется, когда он переходит из вакуума в алмаз, и как он меняется?

1. Длина волны сначала уменьшается, а затем увеличивается.
   Дифракции: Дифракция | это… Что такое Дифракция?