Принцип Гюйгенса Френеля. Зоны Френеля. Прямолинейное распространение света

Дифракцией называется огибание волнами препятствий, встречающихся на их пути, или в более широком смысле любое отклонение распространения волн вблизи препятствий от законов геометрической оптики. Явление дифракции связано с отступлением от законов прямолинейного света.

Согласно Гюйгенсу, каждая точка выделяемого отверстием участка волнового фронта служит источником вторичных волн, распространяющихся по всем направлениям. Геометрическое место точек, до которого доходит световое возбуждение за один и тот же промежуток времени, носит название фронта волны.

Принцип Гюйгенса справедлив тогда, когда длина волны бесконечно мала по сравнению с размерами волнового фронта.

Френель вложил в принцип Гюйгенса физический смысл, дополнив его иде-

ей интерференции вторичных волн. Согласно принципу Гюйгенса -Френеля, световая волна, возбуждаемая каким-либо источником S, может быть представлена как результат суперпозиции когерентных вторичных

волн, «излучаемых» фиктивными источниками. Такими источниками могут

служить бесконечно малые элементы любой замкнутой поверхности, охватывающей источник S. Обычно в качестве этой поверхности выбирают одну из волновых поверхностей, поэтому все фиктивные источники действуют синфазно. Таким образом, волны, распространяющиеся от источника, являются результатом интерференции всех когерентных вторичных волн. Френель исключил возможность возникновения обратных вторичных волн и предположил, что если между источником и точкой наблюдения находится непрозрачный экран с отверстием, то на поверхности экрана амплитуда вторичных воли равна нулю, а в отверстии — такая же, как при отсутствии экрана.

Зоны Френеля.

Поверхность Ф, на которой располагается вспомогательные источники, разбивается на узкие кольцевые зоны. Т.о, что для каждой из них расстояние от краев зоны до т. В увеличивается на .

После преобразований, учитывая λ<<a, λ<<b

Площадь сферического сегмента и площадь m-й зоны Френеля соответственно равны

при не слишком больших т площади зон Френеля одинаковы. Таким образом, построение зон Френеля разбивает волновую поверхность сферической волны на равновеликие зоны.

С ростом угла φ действие зон на т. М постепенно ослабевает, кроме того 2 соседние зоны действуют в противофазе

А=А1-А2+А3-А4= А1-(А2-А3)-(А4-А5)

А<А1 – амплитуда результирующего колебания, создаваемого сферической волной в т. М < амплитуды колебаний, создаваемой в этой точке одной лишь центральной зоной.

- амплитуда колебания Ат от некоторой m-й зоны Френеля равна среднему арифметическому от амплитуд примыкающих к ней зон.

a=b=1 м, λ=500 нм, σ=π/4 *10^-6 м² < 1 мм²

Следовательно, распространение света от S к М происходит так, будто световой поток распространяется внутри очень узкого канала вдоль SM, т. е. прямолинейно. Таким образом, принцип Гюйгенса -Френеля позволяет объяснить прямолинейное распространение света в однородной среде.

Закон прямолинейного распространения света: в прозрачной однородной среде свет распространяется по прямым линиям. В связи с законом прямолинейного распространения света появилось понятие световой луч, которое имеет геометрический смысл как линия, вдоль которой распространяется свет. Реальный физический смысл имеют световые пучки конечной ширины.

вид: Целое число m называют порядком максимума.

- это условие главного минимума для решетки. При выполнении этого условия колебания от соседних щелей приходят в точку P в противофазе и попарно гасят друг друга.

Дата добавления: 2015-07-12