Навигация
Умови чіткого спостереження дифракції від однієї щілини
49275
знаков
1
таблица
14
изображений
2.2. Умови чіткого спостереження дифракції від однієї щілини
Характерною ознакою дифракції від щілини є те, що ширина нульового максимуму Do на екрані вдвічі більша від наступних, перших максимумів, розміщених симетрично:
, (10)
де 
- ширина щілини. Формула для обчислення інтенсивності світла на екрані від однієї щілини:
(11)
Ми дотримуємось тієї позиції, що у широкому розумінні дифракція - сукупність явищ, зумовлених хвильовими властивостями світла, при яких порушуються закони геометричної оптики. Виділимо деякі з них.
Одним із явищ, які пояснюються на основі хвильової теорії, є прямолінійне поширення світла. Нехай від світної точки S світло поширюється у вигляді сферичної хвилі і доходить до точки А. За принципом Гюйгенса із точки А ми повинні бачити кожну точку сферичної хвилі. Однак цього не відбувається. Адже згідно із принципом Френеля коливання, які доходять до точки А від різних точок сферичної поверхні, взаємно знищуються, бо для кожної точки поверхні знайдеться інша точка, хід хвилі від якої до точки А відрізнятиметься на половину довжини хвилі, і вони гасяться. Отже, прямолінійне поширення світла належить до тих явищ, які можна пояснити, виходячи із принципу Гюйгенса-Френеля.
Зіставляючи явища дифракції та інтерференції, переконуємось, що дифракція завжди супроводжується інтерференцією, дифракція без інтерференції не існує (зворотне твердження справджується не завжди, оскільки інтерференція виникає не тільки завдяки дифракції, але і шляхом відбивання і заломлення світла). Цей зв`язок особливо проглядається, наприклад, в голографії.
Закономірності дифракції від щілини та інтерференції від нескінченно тонких щілин дозволяють встановити дифракційні закономірності у дослідах з багатьма щілинами, включаючи дифракційну гратку. Максимум дифракції для двох щілин шириною , відстань між якими b, співпадає із умовою інтерференції для лінійних джерел 1 і 1`, 2 і 2` як нескінченно тонких щілин, елементів щілин шириною ,(рис 9):.
(12)
У випадку нескінченно тонких щілин ®0, тому інтерференційний максимум наступає, коли
(13)
Умова мінімуму для однієї щілини виконується для будь-якого числа щілин. Справді, якщо в даному напрямку від однієї щілини світла немає (рис.5), то і для будь-якого їх числа світла не буде. При спостереженні інтерференції внаслідок дифракції від двох щілин у кожному із дифракційних максимумів чітко проглядаються інтерференційні смуги, як на рис.4. Наведемо формулу розподілу інтенсивності світла у дифракційній картині від двох щілин, яка складається із двох множників - дифракційного (формула (5)) та інтерференційного (формула (2)):
(14)
При збільшенні числа щілин ширина дифракційних максимумів звужується, завдяки чому можна точніше виміряти довжину світлової хвилі за дифракційними спектрами.
Отже, дифракція спостерігається, коли ширина щілини набагато менша від ширини головного максимуму на екрані, тобто коли 
: 
, або 
.
Останній вираз є допустимою умовою спостереження дифракції; вона залежить від співвідношення довжини хвилі 
, розмірів щілини (отвору) і відстані від неї до місця спостереження. Нагадаємо, що необхідною умовою спостереження дифракції є наявність просторового когерентного джерела світла.
Дифракція не спостерігається, якщо ширина головного максимуму мало відрізняється від ширини щілини (отвору), тобто коли . У цьому разі використовують наближення геометричної оптики. Ширина щілини, за якої на екрані спостерігається найвужча смужка світла. 
.
Розділ 3.
Дифракційна природа оптичного зображення
3.1. Критерій Релея
Дослід Аббе свідчить про дифракційну природу оптичного зображення, якщо на капронову сітку направляти розширений пучок лазерного випромінювання на екрані спостерігають її зображення. Потім за сіткою встановлюють лінзу з фокусною відстанню F=50 мм. В фокусі цієї лінзи вертикально розміщують щілину. При зменшенні ширини щілини помічають, що вертикальні смуги на екрані зникають. Далі щілину встановлюємо горизонтально. Наслідком цього є поява на екрані вертикальних смуг. Якщо ж щілину поставити під кутом 450 до горизонту, на екрані з’являться смуги під кутом 1350 до горизонту.
Які обмеження накладає хвильова природа світла на розрізнене сприймання двох джерел? Під роздільною здатністю оптичної системи розуміють її властивість давати роздільне зображення дрібних деталей об’єкта без порушення подібності їх предмету. Два точкових джерела сприймаються роздільно, якщо вони попадають, насамперед, на різні світлочутливі клітини на сітківці ока, роздільна здатність ока, в свою чергу, обмежується дифракційними явищами і зв`язана з розмірами зрачка. Зображення предметів складається із зображення сукупності точок і створюється за допомогою оптичних приладів. Вони складаються з оптичних деталей, розміри яких обмежені. Тому, наприклад, будь-який об`єктив, по суті, слугує дифракційним отвором.
У відповідності з двома схемами спостереження дифракції розрізняють оптичні прилади, у яких зображення створюються незалежно від присутності людини, і прилади, що працюють разом з оком людини. В першому випадку приймачами світла можуть бути фотопластинки, фотоопори, екрани, на яких дістають дійсне зображення. У другому випадку приймачем світла є око людини, яке може сприймати уявне зображення. Щоб узгодити ці прилади, треба знати той єдиний критерій, за яким дані, одержані в дійсній і уявній картині, будуть співпадати.
Нехай ми спостерігаємо досить віддалені точкові джерела світла S1 i S2 (фари автомобіля, що наближається, або дві зірки, на які направили об`єктив телескопа) з такої відстані, що їх дифракційні картини майже перекриваються або перекривають одна одну так, що їх максимуми співпадають. Тоді точки S1 i S2 зливаються і роздільно не сприймаються. Навіть якщо вони і попадають на різні світлочутливі точки ока, ми не бачимо їх нарізно. При наближенні автомобіля наступає момент, коли ми можемо сказати, що бачимо не одне, а два зображення. Щоправда, для різних спостерігачів він наступає дещо по-різному.
Тому загальноприйнятим став критерій розділення Релея. Він стосується в однаковій мірі всіх приладів, бо зумовлюється роздільною здатністю ока. Дві точки ми бачимо нарізно, якщо вони сприймаються різними світлочутливими клітинами на сітківці ока, а це наступає, коли, як встановив Релей, центр дифракційного диска однієї співпадає з мінімумом на дифракційній картині другої. Іншими словами, умовою або межею розділення (можливості бачити нарізно) стала кутова півширина першого мінімуму дифракції від щілини (3) і отвору (
). На розділення двох джерел не впливає зміна їх розмірів, якщо мінімальна відстань між ними підтримується постійною: роздільна здатність визначається дифракцією світла від внутрішніх шарів. Тим самим, дифракція обмежує збільшення оптичними приладами, бо в межах 
будь-яке збільшення означає лише збільшення дифракційної картини без збереження подібності об`єкта. Однак, хоча дифракція обмежує збільшення і роздільну здатність, завдяки їй установлюється чітка межа розділення дифракційних зображень оптичними приладами.
Похожие работы
... зичної освіти, а й важливий чинник загального розвитку школяра та професійного становлення у будь-якій галузі. Перша проблема, яку потрібно вирішити, упроваджую чи елементи комп'ютерного моделювання при вивченні фізики – вибір інструментальних засобів його реалізації. У час зародження сучасних інформаційних технологій єдиним способом було використання мов програмування високого рівня. За останні ...
... розсіяне випромінювання лежить в одному частотно-кутовому інтервалі. Розділ 4. Дослідження характеристик кристалів методом активної спектроскопії Чотирьох хвильове розсіяння світла збуджувалося в кристалах ніобіту літію, легованих магнієм Mg: LiNbO3 з концентрацією домішки Мg 0.68масс.% і 0.79масс.% (кристали No.4,5). Дані за показниками заломлення у видимій і ближній ГИК області для кристала ...
... серединами двох сусідніх щілин, називається сталою дифракційної решітки. Якщо розмістити паралельно решітці збірну лінзу, то в її фокальній площині на екрані можна буде спостерігати результати дифракції світла від решітки (рис.4). Оптична різниця ходу променів від двох сусідніх щілин дорівнює (21) Оптична різниця фаз в цьому випадку буде дорівнювати ...
... експериментально довели, що розсіяний рентгенівський фотон і електрон віддачі з'являються одночасно. Розділ 2 Вивчення фундаментальних дослідів з квантової оптики в профільних класах 2.1 Досліди, що послужили основою виникнення хвильової теорії світла Оптика є, ймовірно, тим розділом фізики, в якому вперше були проведені вимірювання. В III ст. до н.е. Евклід вже знав закони видбивання ...
0 комментариев