Виды дифракции: Понятие о дифракции света. Дифракция Френеля — урок. Физика, 11 класс.

III.Виды дифракции.

А. Дифракция на круглом отверстии(дифракция Френеля).

MN– фронт волны. r0– расстояние от Э до отверстия. В точке С волны будут интерферировать. Разбиваем площадь отверстия на зоны и проводим радиусы: .

Крайние точки зон имеют разность хода , поэтому точки в соседних зонах колеблются в противофазах и гасят друг друга. Итак:

Если число зон, которое укладывается в отверстии чётное, то в точке С будет тёмное пятно, если нечётное, тосветлое. Максимум освещения, когда размер отверстия aравен одной зоне.

Число зон Френеля зависит от удалённости точки С (т.е. от r₀) от фронтаMN.

Можно показать, если ,

где , то, т.

е..

По мере удаления Э в точке С наблюдаются то тёмное, то светлое пятно.

Б. Дифракция от щели(дифракция Фраунгофера).

При прохождении лучей через узкую щель АС наблюдается дифракция.

Пути лучей КМ и СМ таутахронны, т.е. равны. На их прохождение свет затрачивает одинаковое время. АС – щель. δ – разность хода лучей, от которого зависит результат интерференции: δ = аsinφ

Если (чётное число зон) –min.

Условие min

, гдеk= 1,2,3…– порядок дифракционного минимума.

аналогично: (нечётное число зон) –max.

Условие max

, при φ = 0 – центральныйmax.

С ростом kширина зон Френеля и интенсивностьJмаксимумов быстро уменьшается. Если свет не монохроматический, то наблюдаются цветные полосы, т.к. φ зависит от λ.

В. Дифракционная решётка.

Система из большого числа одинаковых по ширине и параллельных друг другу щелей a, разделённых одинаковыми по ширине непрозрачными промежуткамиb, называетсядифракционной решёткой.

a+b=c– постоянная решётки. Условие min: , где k= 0,1,2,3,… Условие max(главного): аsinφ=kλ, гдеk= 0,1,2,3,… Условие min(главного): аsinφ=nλ, гдеn=1,2,3,…

Примечание:

1. Если некоторые значения φ одновременно удовлетворяют условиям и для главных максимумов и для главных минимумов, то главные максимумы, соответствующие этим значениям φ, не наблюдаются (например, если d= 2a, то все главные максимумыk= 2, 4, 6, … отсутствуют).

2. Между каждыми двумя главными максимумами находится (N-1) дополнительных минимумов, удовлетворяющих условию:

,

где n= 1, 2, 3,…, кромеn=N, 2N, 3N… и (N-2) дополнительных максимумов, но их интенсивность мала, по сравнению с главными максимумами и поэтому их не учитывают.

3. При наклонном падении света на дифракционную решётку условие для главных максимумов:

а(sinφ – sini) = kλ

В 1912г. немецкий физик – теоретик Лауэ с сотрудниками предположил и экспериментально доказал явление дифракции у рентгеновских лучей, доказав тем самым, что и они представляют собой электромагнитные волны (λ

рентгеновских лучей≈ 10^-10м). Обычные дифракционные решётки здесь неприменимы (d>>λ_р.л.). Для этих целей используют пространственную дифракционную решётку, примером которой служит кристаллическая решётка твёрдого тела. В решётке атомы расположены упорядоченно, образуя трёхмерную периодическую последовательность илитрёхмерную решётку.

Рентгеновские лучи возбуждают атомы кристаллической решётки и вызывают появление вторичных волн, которые интерферируют подобно вторичным волнам от щелей дифракционной решётки (зеркальное отражение лучей от систем параллельных плоскостей).

* – атомная плоскость кристалла d– межплоскостное расстояние θ – угол скольжения

Разность хода рассеянных лучей 1′ и 2′ равна:

δ = BC + CD = 2dsinθ

максимум будет для них, если δ = kλ,

где k= 1, 2,…– порядок дифракционного максимума.

Условие дифракционного максимума или условие Вульфа-Брэгга.

2dsinθ =kλ

Изучая дифракцию рентгеновских лучей, можно установить межатомные расстояния, т.е. изучить кристаллическую структуру (рентгеноструктурный анализ), или зная структуру – состав рентгеновских лучей.

Дифракция. Виды волн — презентация онлайн

Похожие презентации:

Дифракция. Дифракция механических волн

Дифракция

Дифракция света. (Лабораторная работа)

Дифракция механических волн

Световые волны. Интерференция и дифракция света

Волновая оптика. Дифракция света

Дифракция света

Дифракция света

Явления дифракции света

Дифракция света

1. Дифракция

Виды волн
звуковые
механические
электромагнитные
Какими свойствами обладают волны любой
1.Способны отражаться от
природы?
препятствий.
2.Способны интерферировать.
Дифракция – отклонение от прямолинейного
распространения при огибании волнами препятствий.
От латинского слова difractus — разломанный.
Дифракция
Дифракция
Дифракция
Общее
свойство волн
любой
природы.
Существует
всегда, когда
волна
распространя
ется в
неоднородной
среде.
Становится
заметной,
если
размеры
препятствия
меньше
длины
волны.

5. I. Дифракция механических волн

Принцип Гюйгенса:
Причина дифракции: вторичные волны,
каждая
точка среды,
досреды, находящимися на
создаваемые
точками
которой
краяхдошло
отверстий или препятствий (принцип
Гюйгенса), проникают
за препятствие. Волновая
возмущение,
сама
поверхность
искривляется и волна огибает
становится
источником
препятствие.
вторичных
волн.
Смысл принципа Гюйгенса проще всего понять,
если представить себе, что гребень волны на
водной поверхности на мгновение застыл. Теперь
представьте, что в этот миг вдоль всего фронта
волны в каждую точку гребня брошено по камню,
в результате чего каждая точка гребня становится
источником новой круговой волны. Практически
всюду вновь возбужденные волны взаимно
погасятся и не проявятся на водной поверхности.
И лишь вдоль фронта исходной волны вторичные
маленькие волны взаимно усилятся и образуют
новый волновой фронт, параллельный
предыдущему и отстоящий от него на некоторое
расстояние. Именно по такой схеме, согласно
принципу Гюйгенса, и распространяется волна.
Подобное же «огибание» волной препятствия можно наблюдать и в морском
порту в шторм: суда, стоящие на якоре за волнорезом, который, казалось бы,
должен полностью гасить волны, тем не менее «гуляют» вверх-вниз
благодаря вторичным волнам.

7. I. Дифракция механических волн

Дифракция наблюдается
слабо (исключение: края
преград)
d λ
λ
– длина волны
d
Дифракция наблюдается
d λ
– диаметр отверстия (ширина препятствия)

8. II. Дифракция света

Франческо Мария Гримальди — итальянский физик и астроном.
(1618 – 1663гг)
Родился 2 апреля 1618 в Болонье. 18
марта 1632 вступил в орден иезуитов, в
течение 1637-45 гг. изучал философию,
риторику, теологию, в 1647 г. получил
степень доктора философии, в 1651 г.
принял сан священника.
Преподавал в болонской Коллегии
иезуитов сначала философию, затем,
вследствие споров с собратьями по
обществу Иисуса был отстранён от
преподавания философии и стал
преподавать математику.
Открыл дифракцию света (работа
опубликована в 1665 г.). Совместно с
Дж. Б. Риччиоли составил карту Луны и
ввёл название лунных образований,
употребляющиеся по сей день.
Опыт Гримальди по
дифракции(1665) Свет,
входящий через отверстие CD
в окне и проходящий
отверстие GH в непрозрачной
стенке, образует на экране
световое пятно LM,
окруженное цветными
кольцами
В пучке света, проходящем через
отверстие, ученый помещал предмет и
получал его тень на белом экране. Он
заметил, что на экране тень оказалась
шире, чем должна была быть
геометрическая тень, и, кроме того, по
обе стороны от нее лежали три цветные
полосы, синие с внутренней стороны по
отношению к тени и красные с
наружной. Далее, если этот световой
пучок падает на непрозрачный экран со
вторым маленьким отверстием,
расположенный параллельно первому, и
проходящий пучок наблюдается на еще
одном экране, то получается
центральное светлое пятно значительно
большего размера, чем следует из
геометрической оптики; края его
окрашены в красный и голубой цвета.
Не оставалось сомнения: за отверстием
свет отклоняется.

10. II. Дифракция света

В 1665 вышла в свет книга Франческо Гримальди, через два года
после смерти автора.
«Свет – распространяется или
рассеивается не только
прямолинейно, отражением и
преломлением, но также и четвёртым
способом – дифракцией».

11. II. Дифракция света

Дифракция света – явление отклонения световых лучей от прямолинейного
распространения и их проникновение в область тени за непрозрачным
телом.
Опыт Юнга
Из-за дифракции
от отверстий
выходят два
частично
перекрывающихся
конуса
Когерентные
волны
интерфери руют
Для дифракции характерно не столько загибание за края
преград, сколько возникновение за преградой
интерференционной картины

12. Принцип Гюйгенса-Френеля

Френель
Те точки поверхности, до
которых дошли световые
волны, сами становятся
источниками вторичных
волн, которые
интерферируют друг с
другом в результате
дифракции.
Френель построил количественную теорию дифракции,
позволяющую рассчитывать дифракционную картину,
возникающую при огибании светом любых препятствий

13. Дифракционные картины от различных препятствий

Дифракция на
дисках различного
диаметра.
В центре пятно
Пуассона
Дифракция на
прямолинейном
крае
Дифракция на круглом
отверстии по мере
приближения к экрану с
отверстием

14. Дифракционные картины от различных препятствий

15. Дифракционная решетка

Дифракционная решетка – совокупность большого
числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными
промежутками.
Дифракционные решётки
отражательные
прозрачные
Штрихи нанесены на
зеркальную поверхность
Штрихи нанесены на
стеклянную поверхность
Наблюдение ведётся в
отражённом свете
Наблюдение ведётся в
проходящем свете
Начиная с середины XIX века дифракционная решетка
стала важнейшим инструментом спектроскопии — с ее
помощью ученые исследуют спектры излучения
светящихся объектов и спектры поглощения различных
веществ и по ним определяют их химический состав.
Одним из важнейших открытий Фраунгофера стало
обнаружение темных линий в спектре Солнца. Сегодня мы
знаем, что они возникают в результате поглощения
световых волн определенной длины относительно
холодным веществом солнечной короны, и благодаря
этому можем судить о химическом составе нашего
светила.

17. Дифракционная решетка

Условие max:
d sin k
— длина волны
— угол отклонения
d a b
d
— период
(постоянная)
решетки
световых лучей
вследствие
дифракции
k — порядок спектра
а- ширина штриха, b – ширина щели (отверстия)

18. Дифракционные спектры

Дифракционная решетка –
спектральный прибор,
служащий для разложения
света и измерения длины
световой волны.

19. Примеры дифракции света

Компакт-диск
Звезды
Венцы

20. Границы применимости геометрической оптики

Дифракция устанавливает предел разрешающей
способности любого оптического прибора
l
d
2
Дифракция не
видна, резкая тень
l
l
d2
Проявляются
волновые свойства,
изображение
смазывается
– расстояние до предмета, d – размер предмета

21.

Д.З. §70-72

English     Русский Правила

Kullabs

Типы дифракции

Когда свет проходит через узкое отверстие или препятствие, он распространяется в виде геометрической тени отверстия или препятствия. Это распространение света вокруг края отверстия или препятствия называется дифракцией. Дифракция звуковой волны больше, чем световой волны, поскольку длина волны звука больше длины волны света.

Свет, проходящий через узкую щель, создает дифракционную картину, состоящую из широкой интенсивной центральной полосы, называемой центральным максимумом, и серии более узких и менее интенсивных полос, называемых вторичными максимумами.

Дифракционная картина, связанная с прохождением света через острую кромку n объекта, показана на рисунке. Аналогичная картина наблюдается при прохождении света через края как внутри, так и снаружи края. Когда свет проходит вертикальный край слева, он вспыхивает слева и справа и подвергается интерференции, создавая рисунок вдоль левого края. На самом деле этот узор лежит внутри того, что было бы преобладающей тенью лезвия геометрической оптики. Дифракционная картина диска, в центре которой находится пятно моста, называемое «ядовитым пятном», и круговые полосы, простирающиеся наружу от края тени, появление «ядовитого пятна» называется «светлым пятном Френеля».

Дифракция и принцип Гюйгенса

Дифракционные картины, как обсуждалось выше, возникают благодаря волновой природе света. Это можно объяснить с точки зрения принципа Гюйгенса, который гласит, что каждую точку волнового фронта можно рассматривать как источник вторичных всплесков, распространяющихся во всех направлениях со скоростью, равной скорости распространения волны. Интенсивность света в любой точке экрана получается путем наложения отдельных смещений, производимых этими вторичными волнами, возникающими из-за отверстия или препятствия. Итак, дифракция — это интерференция, создаваемая вторичными волнами из разных частей одного и того же волнового фронта.

Типы дифракции

Дифракционные картины делятся на две категории, на которые помещаются источник и экран. Когда либо источник, либо экран находятся вблизи апертуры или препятствия, волновые фронты имеют сферическую форму и картина довольно сложная. Это называется дифракцией Френеля. Когда и источник, и экран расположены на большем расстоянии от отверстия, плоскости падающего света волны и лучи, выходящие из отверстия, параллельны. Это называется дифракцией Фраунгофера.

Дифракция Фраунгофера на одной щели

a) Дифракция Фраунгофера b) Дифракция Фраунгофера

Узкий параллельный пучок света от источника падает нормально на прямоугольную вертикальную щель шириной a. волны, распространяющиеся из щели, дифрагируют и создают на экране дифракционную картину с центральной яркой полосой и рядом более слабых полос по обе стороны от центральной полосы. Эти полосы являются изображениями одиночной щели.

Теория

Предположим, что плоская волна с длиной волны λ падает нормально на узкую прямоугольную щель шириной a. Теперь разделите щель на две равные половины, как показано на рисунке. Все волны находятся в фазе на щели. Рассмотрим два луча 1 и 3, идущие к экрану под углом Ï´. Луч 1 проходит дальше, чем луч 3, поскольку разность хода между лучами 2 и 4 также равна (a/2) sin Ï´, как между лучами 3 и 5. Если эта разность хода составляет ровно половину длины волны, две волны компенсируют друг друга и производят деструктивную интерференцию. Так что все такие пары лучей от двух половин интерферируют деструктивно и в состоянии

\begin{align*} \frac a2\sin \theta &= \pm \frac {\lambda}{2} \\\text {или,} \: \sin\theta &= \pm \frac {\ lambda }{a} \\ \begin{align*}

Если щель разделить на четыре равные части, то на экране получаются темные изображения и имеем \begin{align*} \\ \sin \theta &= \ pm \frac {2\lambda }{a} \\ \end{align*}

Таким образом, используя аналогичный процесс спаривания, получается деструктивная интерференция более высокого порядка и для этого

$$\sin \theta = m \frac {\lambda}{a} \dots (v) m = \pm 1, \pm 2, \pm 3, \dots$$

Знак \( \pm \) указывает на то, что деструктивная интерференция возникает по обе стороны от центральных максимумов на экране. Приведенное выше уравнение дает значение Ï´ для дифракционной картины нулевой интенсивности. Первый максимум образуется при разделении щели на три равные части, как показано на рисунке. И считается направление, в котором разность хода между их концами равна λ/2. Вейвлеты от полос в двух соседних частях сокращаются, и остается только одна часть, дающая гораздо менее яркую полосу.

Благодаря тому, что уравнение (v) не дает изменения интенсивности, общие черты распределения интенсивности показаны на рисунке. По обе стороны от центрального максимума вторичные максимумы меньшей интенсивности лежат между минимумами под таким углом, что \( \theta = \pm \frac {3\lambda }{2a}, \pm \frac {5\lambda }{2a} \).

Ширина центрального максимума

На рисунке два минимума лежат по обе стороны от сторон центрального максимума. Таким образом, ширина максимума — это расстояние между первым минимумом с обеих сторон. 9{st} \: \text {минимум, имеем} \\ \sin \theta &= \pm \frac {2\lambda }{a} \\ \text {Для малого угла} \: \sin \theta = \theta \: \text {и так далее} \\ \theta &= \pm \frac {\lambda }{a} \\ \text {Для малого угла} \\sin \theta = \theta \: \text { и так} \\ \theta &= \pm \frac {\lambda }{a} \\ \end{align*}

Угловая ширина центрального максимума

\begin{align*} \\ 2\theta & = \ frac {2 \ lambda} {a} \: \ left ( т. е. \ frac {\ lambda {a} + \ frac {\ lambda} {a} = 2 \ frac {\ lambda} {a} \ right ) \end{выравнивание*}

Если y — расстояние первого минимума от центрального максимума, ширина центрального максимума равна 2y. Если D — расстояние между щелью и экраном, которое очень велико по сравнению с шириной щели,

\begin{align*}\ \theta &= \frac yD = \frac {\lambda}{a} \\ \ text {или,} \: y &= \frac {\lambda D}{a} \\ \text {И ширина максимума,} \\ 2y &= \frac {2\lambda D}{a} \\ \end{align*}

Ссылки

Ману Кумар Хатри, Манодж Кумар Тхапа, Бхеша Радж Адхикари, Арджун Кумар Гаутам, Парашу Рам Поудел. Принципы физики . Катманду: публикация Ayam PVT LTD, 2010.

С.К. Гаутам, Дж. М. Прадхан. Учебник по физике . Катманду: Surya Publication, 2003.

Типы дифракционных решеток — Spectrum Scientific, Inc.

Дифракционные решетки

Дифракционная решетка представляет собой оптический элемент, который преломляет энергию на составляющих ее длинах волн.

Плотность штрихов, глубина и профиль дифракционной решетки определяют спектральный диапазон, эффективность, разрешение и характеристики дифракционной решетки.

Обычно существует два различных типа дифракционных решеток – линейчатая решетка и голографическая решетка.

Линейчатая дифракционная решетка изготавливается с помощью механизма линейки, который вырезает канавки в покрытии на подложке решетки (обычно стекло, покрытое тонким отражающим слоем) с помощью инструмента с алмазным наконечником.

Голографическая дифракционная решетка изготавливается с использованием интерференционной литографии, которая обеспечивает гладкую поверхность канавок и устраняет периодические ошибки, характерные для линейчатых решеток.

Дифракционная решетка может быть отражающей или пропускающей решеткой. Наиболее распространенным типом дифракционных решеток являются плоские решетки и вогнутые решетки, хотя они также могут иметь другие профили, такие как выпуклые или тороидальные, в зависимости от применения.

Отражающие решетки обычно покрыты отражающим покрытием, обычно алюминием с защитным покрытием для использования в УФ-видимом-ближнем ИК-диапазоне или золотом для использования в ИК-диапазоне. Передающие решетки обычно снабжаются просветляющим покрытием.

Дифракционная решетка может иметь синусоидальный или выпуклый профиль. Синусоидальная решетка обычно имеет меньшую эффективность, чем решетка с полыханием, но часто дает более широкий спектральный охват. Полая решетка имеет профиль «пила» и обычно обеспечивает более высокую эффективность.

Коммерческая дифракционная решетка, как правило, представляет собой реплику решетки, изготовленную из вспомогательного эталона, который может быть на несколько поколений старше эталонной дифракционной решетки.

Как правило, стоимость изготовления эталона дифракционной решетки высока, и, поставляя реплики решеток (с почти неотличимыми характеристиками), один мастер может производить тысячи копий, снижая удельную стоимость дифракционной решетки.

Страна * Select a country…Åland IslandsAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua and BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelauBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBonaire, Saint Eustatius and SabaBosnia and HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Indian Ocean TerritoryBritish Virgin IslandsBruneiBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCanadaCape VerdeCayman IslandsCentral African RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Keeling) IslandsColombiaComorosCongo (Brazzaville)Congo (Kinshasa)Cook IslandsCosta RicaCroatiaCubaCuraçaoCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland IslandsFaroe IslandsFijiFinlandFranceFrench GuianaFrench PolynesiaFrench Southern TerritoriesGabonGambiaGeorgiaGermanyGhanaGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuernseyGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard Island and McDonald IslandsHondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIranIraqIrelandIsle of ManIsraelItalyIvory CoastJamaicaJapanJerseyJordanKazakhstanKenyaKiribatiKuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacao S.