Виды дифракции света: 4.1.11. ДИФРАКЦИЯ СВЕТА. ВИДЫ ДИФРАКЦИИ

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 света, виды дифракции. Принцип Гюйгенса-Френеля.

Дифракцией называется совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в среде с резкими неоднородностями и связанных с отклонениями от законов геометрической оптики.

Дифракция, в частности, приводит к огибанию световыми волнами препятствий и проникновению света в область геометрической тени.

Различают два вида дифракции света:

Принцип Гюйгенса-Френеля – основной постулат волновой теории, описывающий и объясняющий механизм распространения волн, в частности, световых.

Каждая точка поверхности, достигнутая световой волной, является вторичным источником световых волн. Огибающая вторичных волн становится фронтом волны в следующий момент времени. Принцип Гюйгенса объясняет распространение волн, согласующееся с законами геометрической оптики, но не может объяснить явлений дифракции.

Оптическая длина пути. Оптическая разность хода. Условия минимума и максимума.

Оптическая длина пути – произведение расстояния, которое проходит свет и показателя преломления среды, в которой этот свет идет L=n·l. Смысл этого понятия состоит в том, что, проходя через среду с показ. преломл. большим единицы (n>1), свет запаздывает (т. е. как будто бы проходит больший путь) по отнош. к свету, который шел бы то же расстояние в среде с n =1.

При наложении когерентных волн в какой-либо точке пространства амплитуда колебаний (смещения) этой точки будет зависеть от разности расстояний от источников до рассматр. точки. Эта разность расстояний называется разностью хода.

Оптическая разность хода – величина, равная разности оптических длин проходимых волнами путей.

, где

n – показатель преломления;

s – путь.

При наложении когер. волн возможны два предельных случая:

• Условие максимума:

Разность хода волн равна целому числу длин волн (иначе четному числу длин полуволн).

, где (k = 0, ±1, ±2, ±3…)

В этом случае волны в рассматриваемой точке приходят с одинаковыми фазами и усиливают друг друга – амплитуда колебаний этой точки max и равна удвоенной амплитуде.

• Условие минимума:

Разность хода волн равна нечетному числу длин полуволн.

, где (k = 0, ±1, ±2, ±3…) Волны приходят в рассматриваемую точку в противофазе и гасят друг друга. Амплитуда колебаний данной точки равна нулю.

Максимум минимум

Интерференция света при отражении от тонких пленок.

Полосы равной толщины и равного наклона. Кольца ньютона.

При освещении тонкой плёнки можно наблюдать интерференцию световых волн, отражённых от верхней и нижней поверхности плёнок. Для белого света, представляющего собой смешение электромагнитных волн из всего оптического спектра интерференционные полосы приобретают окраску. Это явление получило название цветов тонких плёнок. Цвета тонких плёнок наблюдаются на стенках мыльных пузырьков, на плёнках масла, нефти, на поверхности металлов при их закалке (цвета побежалости).

Интерференционная картина, образованная отражёнными под разными углами плоскими волнами от поверхностей плоскопараллельной пластинки/плёнки, получила название интерференционных полос равного наклона.

Другой вид интерференции света в тонких плёнках, толщина которых меняется её по поперечному сечению, получил название интерференционных полос равной толщины.

Ко́льца Нью́тона — кольцеобразные интерференционные максимумы и минимумы, появляющиеся вокруг точки касания слегка изогнутой выпуклой линзы и плоскопараллельной пластины при прохождении света сквозь линзу и пластину.

Простая интерференционная картина возникает в тонкой прослойке воздуха между стеклянной пластиной и положенной на нее плосковыпуклой линзой, сферическая поверхность которой имеет большой радиус кривизны. Эта интерференционная картина имеет вид концентрических колец, получивших название кольца Ньютона. Удовлетворительно объяснить, почему возникают кольца, Ньютон не смог. Удалось это Юнгу. Проследим за ходом его рассуждений. В их основе лежит предположение о том, что свет — это волны.

Типы дифракции с примерами

Оптика

В этом посте вы всесторонне узнаете о дифракции света.
Итак, если вы хотите получить пользу от этого поста, то он вам понравится.
Содержание:

• Определение дифракции
• Типы дифракции
• Примеры дифракции
• Многое другое

Что такое дифракция света?

Огибание световых волн вокруг углов препятствия и распространение световых волн в геометрическую тень называется дифракцией. Дифракция Фраунгофера и дифракция Френеля — это два типа дифракции света. Изгиб света вокруг углов окна является примером дифракции.

Дифракционный эффект зависит от размера препятствия. Дифракция света имеет место, если размер препятствия сравним с длиной волны света. Световые волны имеют очень малую длину волны, то есть от 4×10 ^-7 м до 7×10 ^-7 м. Если размер отверстия или препятствия близок к этому пределу, только тогда мы можем наблюдать явление дифракции.

Типы дифракции в физике

Дифракцию света можно разделить на два типа:

• Дифракция Фраунгофера
• Дифракция Френеля

Дифракция Фраунгофера

При дифракции Фраунгофера:

• Источник и экран находятся далеко друг от друга.
• Волновые фронты, падающие на дифрагирующее препятствие, плоские.
• Дифракционное препятствие создает волновые фронты, которые также являются плоскими.
• Плоские дифрагирующие волновые фронты сходятся с помощью выпуклой линзы для получения дифракционной картины.

Дифракция Френеля

В дифракции Френеля:

• Источник и экран находятся недалеко друг от друга.
• Падающие волновые фронты имеют сферическую форму.
• Волновые фронты, покидающие препятствия, также имеют сферическую форму.
• Выпуклая линза не требуется для схождения сферических волновых фронтов.

См. также: Преломление света

Дифракция света

В двухщелевом эксперименте Юнга по интерференции света центральная область системы полос яркая. Если свет распространяется по прямой траектории, центральная область должна казаться темной, т. е. тенью экрана между двумя щелями. Можно провести еще один простой эксперимент, демонстрируя тот же эффект.

Предположим, что небольшой гладкий шарик диаметром около 3 мм освещается точечным источником света. Тень предмета попадает на экран, как показано на рисунке. Тень сферического объекта не совсем темная, но имеет яркое пятно в центре. Согласно принципу Гюйгенса, каждая точка на краю сферы ведет себя как источник вторичных волн, освещающих центральную область тени.

Эти два эксперимента ясно показывают, что когда свет проходит мимо препятствия, он движется не точно по прямой траектории, а огибает препятствие. Это явление становится заметным, когда длину волны света сравнивают с размером препятствия или отверстием щели. Дифракция света происходит, по сути, из-за интерференции лучей, исходящих из разных частей одного и того же волнового фронта.

См. также: Интерференция света

Дифракция на узкой щели

На рисунке показана экспериментальная установка для изучения дифракции света на узкой щели. Щель АВ шириной d освещается параллельным пучком монохроматического света с длиной волны λ. Экран S расположен параллельно щели для наблюдения эффектов дифракции света. Небольшая часть падающего волнового фронта проходит через узкую щель. Каждая точка этого участка волнового фронта посылает на экран вторичные вейвлеты. Затем эти вейвлеты интерферируют, создавая дифракционную картину. Становится проще иметь дело с лучами, а не с волновыми фронтами, как показано на рисунке.

На этом рисунке нарисовано всего девять лучей, тогда как на самом деле их очень много. Рассмотрим лучи 1 и 5, находящиеся в фазе на волновом фронте АВ. Когда они достигнут волнового фронта AC, луч 5 будет иметь разность хода, скажем, равную λ/2. Таким образом, когда эти два луча достигают точки p на экране; они будут мешать разрушительно. Точно так же каждая пара 2 и 6,3 и 7,4 и 8 отличается по пути на λ/2 и будет делать то же самое. Но разность хода ab=d/2 sinθ.

Уравнение для первого минимума будет таким:

d sinθ =mλ

где m=± (1,2,3,….)

Область между любыми двумя последовательными минимумами как выше, так и ниже O будет яркой. Таким образом, узкая щель создает серию ярких и темных областей, причем первая яркая область находится в центре рисунка.

Дифракция рентгеновских лучей на кристаллах

Длину волны электромагнитной волны можно определить, если имеется решетка соответствующего шага, т. е. порядка длины волны λ волны. Рентгеновские лучи представляют собой электромагнитные волны очень коротких длин волн (порядка 0,1 нм). Было бы невозможно построить решетку с таким малым шагом методом резки. Однако известно, что расстояние между атомами в твердом теле составляет около 0,1 нм. В 1913 году Макс фон Лауэ предположил, что регулярный массив атомов в твердом кристалле может действовать как трехмерная дифракционная картина, сложная из-за трехмерной дифракционной решетки для рентгеновских лучей. Последующий эксперимент подтвердил это предсказание. Дифракционные картины сложны из-за трехмерной природы кристалла. Тем не менее дифракция рентгеновских лучей оказалась бесценным методом для изучения кристаллических структур и понимания строения вещества.

Коллимированный пучок рентгеновских лучей падает на кристалл. Дифрагированные лучи очень интенсивны в определенных направлениях, что соответствует конструктивной интерференции волн, отраженных от слоев атомов в кристалле. Дифрагированные лучи могут быть обнаружены фотографической пленкой, и они образуют массив пятен, известный как картина Лауэ. Можно вывести кристаллическую структуру, анализируя положение и интенсивность различных пятен в узоре.

Уравнение Брэгга

Предположим, что рентгеновский луч падает под углом θ на одну из плоскостей. Луч может отражаться как от верхней плоскости, так и от нижней плоскости, которая проходит дальше, чем луч, отраженный от верхней плоскости. Видно, что луч 2 проходит большее расстояние, чем луч 1 после отражения от атомов плоскости. Таким образом, расстояние BC+CD представляет собой эффективную разность хода между двумя отраженными лучами 1 и 2.0008

• Отражение Light
• .
• https://en.wikipedia.org/wiki/Diffraction
• https://www.quora.com/What-is-diffraction-of-light

Статьи по теме

Проверьте также

Закрыть

Разница между BJT и FET в табличной форме

Электроника

BJT против FET

BJT и FET являются электронными устройствами. Основное различие между BJT и FET заключается в том, что транзистор с биполярным переходом является биполярным устройством управления током, а FET (полевой транзистор) является однопереходным транзистором.

Это устройство контроля напряжения.

0166
1:BJT (биполярный переходной транзистор) — это биполярное устройство.	1:FET (полевой транзистор) — однопереходный транзистор.
2: Его работа зависит как от основных, так и от неосновных носителей заряда.	2: Его работа зависит от основных носителей заряда, которыми могут быть дырки или электроны.
3: Входной импеданс биполярного транзистора очень мал, т.е. (1 кОм -3 кОм)	3: Входной импеданс полевого транзистора очень большой.
4: Это текущее устройство управления.	4: Это устройство, управляемое напряжением.
5: Шумнее.	5:Меньше шума.
6: Изменения частоты влияют на их производительность.	6:Высокочастотный отклик.
7: Это температурно-зависимое устройство.	7: Обладает лучшей термостойкостью.
8: Это дешевле.	8:Это дороже, чем бджт.
9: больше по размеру, чем FET.	9: меньше по размеру, чем BJT.

10: Имеет напряжение смещения.	10: Напряжение смещения отсутствует.
11: Больше усиления.	11:Меньшее усиление.
12: Имеет высокое выходное сопротивление из-за высокого коэффициента усиления.	12: Имеет низкий выходной импеданс из-за меньшего коэффициента усиления.
13: Его коллектор и база более положительны, чем эмиттер.	13: Сток положительный, ворота отрицательные по отношению к истоку.
14: Его база отрицательна по отношению к эмиттеру.	14:Его ворота более негативны по отношению к источнику.
15:Bjt состоит из трех частей (основа, излучатель и коллектор).	15:Fet состоит из трех частей (Drain, Source и Gate). Виды дифракции света: 4.1.11. ДИФРАКЦИЯ СВЕТА. ВИДЫ ДИФРАКЦИИ Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Пролистать наверх