Дифракция света - Оптика - ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Дифракция света — в узком, но наиболее употребительном смысле слова — огибание лучами света границы непрозрачных тел (экранов); проникновение света в область геометрической тени.

В широком смысле дифракция света — проявление волновых свойств света в предельных условиях перехода от волновой оптики к геометрической. Примерами последней являются рассеяние света капельками тумана, формирование изображения оптическими системами (например, микроскопом) и др.

Сложность наблюдения дифракционных явлений в оптике состоит в том, что препятствия, на которых наблюдается дифракция, должны быть очень малы — сравнимы с длиной волны света.

Т. Юнг, открывший интерференцию света, в 1802 г. поставил классический опыт по дифракции (рис. 3.105). В непрозрачной ширме он проколол булавкой два маленьких отверстия В и С на небольшом расстоянии друг от друга. Эти отверстия освещались узким световым пучком, прошедшим, в свою очередь, через малое отверстие А в другой ширме. Именно эта деталь решила успех опыта — возникшая в соответствии с принципом Гюйгенса сферическая волна от отверстия А возбуждала в отверстиях В и С когерентные волны. Вследствие дифракции из отверстий В и С выходили два световых конуса, которые частично перекрывались. В местах перекрытия эти когерентные волны интерферировали, создавая на экране систему чередующихся светлых и темных полос.

Исследование дифракции получило свое завершение в работах О. Френеля. Ученый не только более детально исследовал различные случаи дифракции на опыте, но и построил количественную теорию дифракции, позволяющую в принципе рассчитать дифракционную картину от любых препятствий. Он же впервые объяснил прямолинейное распространение света на основе волновой теории.

Одновременно Френель количественно рассмотрел дифракцию на разного рода препятствиях.

Дифракционные картины от различных препятствий представлены на рис. 3.106 а — от тонкой проволоки, б — от круглого отверстия, в — от круглого экрана. Вместо тени от проволоки видны темные и светлые полосы; в центре дифракционной картины от отверстия появляется темное пятно, окруженное светлыми кольцами (изменяя диаметр отверстия, можно в центре картины получить и светлое пятно, окруженное темными и светлыми кольцами); в центре тени, образованной круглым экраном, видно светлое пятнышко, а сама тень окружена темными концентрическими кольцами.

Светлое пятно в центре геометрической тени (рис. 3.106, в — дифракция от круглого экрана) получило название пятна Пуассона по фамилии ученого, который при рассмотрении мемуаров Френеля в Парижской академии наук в 1818 г. обратил внимание на то, что из теории Френеля вытекает необходимость появления такого пятна, что противоречит здравому смыслу. Однако Араго произвел соответствующий опыт и показал, что выводы Пуассона верны и, следовательно, лишь подтверждают теорию Френеля.

Следует отметить, что, поскольку из-за малости световой волны угол отклонения света от направления прямолинейного распространения очень невелик, то для получения дифракционной картины следует либо использовать очень маленькие препятствия, либо же располагать экран далеко от препятствий.