Дифракция света. Принцип Гюйгенса – Френеля

По определению немецкого учёного Зоммерфельда дифракция – “любое отклонение распространения света от прямолинейного, не связанное с отражением или преломлением”.

В более узком смысле дифракцией называют явление огибания волной препятствия (или проникновение света в область геометрической тени).

В теории волн под дифракцией понимают всю совокупность явлений в волновом поле, возникающих при наличии препятствий распространению волны.

Используя понятие интерференции света, можно сказать, что дифракция – это интерференция в ограниченных световых пучках.

Принципиальное значение дифракции состоит в том, что она, как и интерференция, доказывает волновую природу света. Дифракция имеет большое практическое значение, поскольку она ограничивает возможности концентрации света в пространстве, определяет предел разрешающей способности оптических приборов, влияет на формирование оптического изображения и т.п.

Первое сообщение о наблюдении дифракции света было сделано Гримальди (1665 г). Схема опыта представлена на рис. 4.1. Источник света S освещает отверстие в непрозрачном экране Э, а на плоскости П, расположенной позади экрана, измеряется освещенность. Гримальди установил, что изображение отверстия не имеет резкой границы. Этот результат не мог быть объяснён в рамках корпускулярной теории света, согласно которой свет должен распространяться прямолинейно.

Первое объяснение дифракции света было дано Френелем в 1818 г. В своём мемуаре он показал, что количественное описание дифракционных явлений возможно на основе принципа Гюйгенса, если его дополнить принципом интерференции вторичных волн. Кирхгоф в 1882 г. дал строгое математическое обоснование принципа Гюйгенса-Френеля.

В рамках электромагнитной теории света точное решение задачи о распространении света даётся на основе уравнений Максвелла с соответствующими граничными условиями, но сопряжено с большими математическими трудностями. В большинстве случаев, представляющих практический интерес, вполне достаточным оказывается приближённый метод решения задач дифракции, основанный на принципе Гюйгенса-Френеля.

Согласно принципу Гюйгенса, каждую точку, в которую пришла волна от источника, можно принять за центр вторичных волн, распространяющихся во все стороны. Френель дополнил принцип Гюйгенса предположением о том, что вторичные световые волны могут как усиливать, так и ослаблять друг друга, т.е. они могут интерферировать. Световое поле есть результат интерференции элементарных вторичных волн, испускаемых каждым элементом некоторой волновой поверхности – это утверждение составляет содержание принципа Гюйгенса-Френеля. Основываясь на этом принципе, Френель смог с большой точностью рассчитать распределение света в дифракционной картине, т.е. решить задачу дифракции.

Р и с. 4.1 Р и с. 4.2

Date: 2015-08-06; view: 511; Нарушение авторских прав