Дифракция Фраунгофера

Как отмечалось, под дифракцией света понимают любое отклонение от прямолинейного распространения света, если оно не может быть истолковано как результат отражения, преломления или искривления световых волн в средах с непрерывно меняющимся показателем преломления. Дифракция приводит к огибанию световыми волнами препятствий и проникновению света в область геометрической тени.

Явления дифракции для своего истолкования и количественного рассмотрения не требуют никаких новых принципов. Любая дифракционная задача сводится к нахождению решения уравнений Максвелла, удовлетворяющего соответствующим граничным условиям. Однако проблемы, возникающие при изучении дифракционных явлений, относятся к наиболее трудным в оптике, и их редко удается довести до строгого решения. В большинстве случаев, представляющих практический интерес, из-за математических трудностей приходится прибегать к приближенному методу, предложенному Френелем, который был рассмотрен раньше.

Наибольший практический интерес представляют дифракционные явления, наблюдаемые при падении на экран (или на отверстие в экране) параллельного пучка света. В результате дифракции пучок утрачивает параллельность, т.е. появляется свет, распространяющийся в направлениях, отличных от первоначального. Распределение его интенсивности на очень большом (в пределе - бесконечно большом) расстоянии от экрана соответствует дифракции Фраунгофера. Волны, возникающие в результате ограничения фронта падающей плоской волны при прохождении сквозь отверстие в экране, называют дифрагировавшими, а нормали к их волновым поверхностям – дифрагировавшими лучами. Они не существуют в рамках геометрической оптики. Возникновение дифрагировавших волн при прохождении через отверстие означает, что волна с ограниченной площадью поперечного сечения не может быть строго плоской. Разложение волны с ограниченным фронтом на сумму плоских волн (т.е. пространственное разложение Фурье) содержит слагаемые с волновыми векторами различных направлений. Эти слагаемые и соответствуют дифрагировавшим волнам.

Р и с. 4.21

Практически дифракцию Фраунгофера наблюдают не в "бесконечности", а в фокальной плоскости объектива или с помощью зрительной трубы, установленной на бесконечность. Схема опыта показана на рис. 4.21. Падающий на экран параллельный пучок можно получить, если точечный источник S поместить в фокус линзы L ₁ (формирующая параллельный пучок линза L ₁ называется коллиматором). Каждый дифрагированный пучок параллельных лучей соберётся линзой L ₂ в маленькое пятнышко. Такие пятнышки – максимумы интенсивности – расположатся вдоль прямой, перпендикулярной к оси и лежащей в фокальной плоскости линзы L ₂. В этой плоскости и надо поместить экран для наблюдения.