Investigarea difracției luminii - studopediya
Obiectiv: familiarizarea cu modelele de difracție de diferite tipuri; determinarea lățimii fantei dreptunghiulare în studiul fenomenului de difracție în lumină monocromatică; lungimi de undă de lumină roșie și violet.
Instrumente și accesorii: o rețea de difracție, un ecran cu o fantă, gradat riglă, iluminat, trepied; Instalarea PMC - 3.
Fenomenul de difracție constă în devierea de la propagarea rectilinie a luminii într-un mediu cu neomogenitati sub forma unor muchii ascuțite ale corpurilor opace și transparente, deschideri înguste, proiecții, etc. prin care lumina pătrunde în regiunea umbrei geometrice, și există o redistribuire a intensității luminii interferenței. Sub difracție este definită ca orice abatere de la propagarea rectilinie a razelor, dacă nu este rezultatul legilor obișnuite ale opticii geometrice - reflexiei și refracției. Fenomenul de difracție se explică prin proprietățile de undă ale luminii cu principiul Huygens-Fresnel.
Principalele prevederi ale acestui principiu:
1. Fiecare element al suprafeței de undă care se ajunge la momentul în care un val de lumină, o sursă de valuri secundare, a căror amplitudine este proporțională cu aria celulei.
2. Undele secundare create de elementele identice pe suprafață și cu superpoziției coerente poate interfera.
3. Valoarea maximă a emisiilor în direcția normală la suprafața exterioară a elementului. Amplitudinea undei sferice scade cu distanța de la sursa. Emit zone doar expuse ale undei de suprafață.
Acest principiu face posibilă să se afirme ne îndepărta de propagare directă rectilinie în caz de orice obstacol. Să considerăm cazul undei plane (fascicul de lumină paralel) pe un obstacol sub forma deschiderilor MN în placa opacă (Fig.1).
În conformitate cu principiul Huygens-Fresnel fiecare punct din planul MN de deschidere poate fi privit ca o sursă de lumină independentă care emite o undă sferică elementară. Suprafața P1. format de valuri elementare determină frontul de undă în momentul t1. Această suprafață S1 devine, de asemenea, o sursă de unde sferice secundare elementare. Curve, plicul
valuri elementare în momentul t2. determină Wavefront cu P2 suprafață.
Fig. 1 arată că razele de lumină fiind perpendicular pe frontul de undă, a deviat de la direcția inițială și de a lua în umbra geometrică.
Rezolva problema difracția luminii - apoi explora problemele legate de intensitatea rezultantă de undă a luminii în direcții diferite. Problema principală în această cercetare este studiul interferenței luminii în care valurile se suprapun nu numai poate crește, dar, de asemenea, să slăbească. Unul dintre cele mai importante cazuri de difracție este difracție în raze paralele. Este utilizat la revizuirea funcționării aparatului optic (grila de difracție, instrumente optice, și așa mai departe. D.). Rețelei de difracție, în cazul cel mai simplu este o placă de sticlă transparentă pe care tușele imprimate, de aceeași lățime la aceeași distanță unul față de celălalt. Un astfel de grilaj poate fi utilizat în instalația spectrală de tip convențional, în locul unei prisme ca sistem de dispersie. Pentru a face mai ușor de înțeles fenomenul fizic destul de complicat de interferență a difractate Puchkov Sveta prin N fante zăbrele, considerăm mai întâi de difracție de unul, apoi prin două fante, și în cele din urmă scrie expresia N sloturi. Pentru a simplifica calculul, vom folosi metoda de zone Fresnel.
Difracția pe o fantă. Luați în considerare difracție de raze în paralel pe o singură fantă. tip de difracție, care ia în considerare modelul de difracție format de raze paralele, a fost numele de difracție în raze paralele sau difracție Fraunhofer. Fanta este o gaură dreptunghiulară în placă opacă, în care o parte este mult mai mare decât cealaltă. Partea inferioară este numită o lățime fantă. Un astfel de decalaj este o barieră în calea undelor luminoase, și este posibil să se observe difracție. În condiții de laborator, cu fantă de difracție observate în mod clar, iar dacă lățimea fantei comparabilă cu lungimea de undă a luminii. Lăsați undă de lumină monocromatică este în mod normal incidente planul lățimea fantei unui (AB distanta). Pentru a seta fantă lentile de colectare și ecranul, plasat în planul focal al lentilei. Circuitul prezentat în Fig. 2.
Conform principiului de Huygens, fiecare punct al Wavefront, care a ajuns la diferența, o nouă sursă de vibrații, cu fazele acestor valuri sunt aceleași ca și la planul de incidență normală fantă coincide cu frontul de undă plan. Luați în considerare razele de lumină monocromatică de puncte situate la direcția de propagare față AB, care face un unghi cu normala. Picătură de la punctul A AC perpendicular pe direcția fasciculului de înmulțire din punctul B. Apoi, se extinde mai departe de UA, razele nu se schimba diferenta cale. Calea diferență este segmentul BC. Pentru a calcula interferența acestor raze aplicăm metoda zonelor Fresnel.
Am împărți segmentul BC în lungimi. Pe soarele rămâne fără z trezkov:
Având toate aceste segmente paralele cu UA, înainte de întâlnirea AB, împărțiți Wavefront în fantele într-un număr de benzi de lățime egală, numărul care este egal cu z. Acestea sunt zonele Fresnel, deoarece punctele corespunzătoare ale acestor benzi sunt surse de unde au avansat în punctul de observație M în această direcție, cu o diferență de cale reciprocă. Amplitudinea undelor de banda va fi aceeași, pentru că partea din față a apartamentului și zona în care sunt egale. Conform teoriei zonelor Fresnel, grinzile din cele două zone adiacente se interferează unul cu altul, deoarece fazele lor sunt opuse. Apoi, pentru un număr par de zone Fresnel (z = 2m, unde m -. Un număr întreg, m = 1,2,3), se potrivesc în fanta de la punctul M va fi difracția minimă, iar pentru impar (z = (2m + 1)) - maxim. Ecuația (1) este apoi scris după cum urmează:
Distribuția intensității în modelul de difracție dintr-o singură fantă prezentată în Fig. 3. Abscisa distanței maxime de la zero, de-a lungul ecranului pe care modelul spectral.
Difracția pe două fante. Pentru a mări intensitatea și separarea culorilor mai clar nu sunt aceeași fantă și o rețea de difracție, care este o serie de fante paralele de lățime egală a. separate prin golurile opace lățime b. Suma a + b = d se numește perioada sau un grilaj fix.
Pentru a găsi distribuția iluminarii pe ecran, în cazul zăbrele, este necesar să se ia în considerare nu numai undele de interferență în curs de dezvoltare din fiecare fantă, dar valuri de interferență reciprocă care ajung la punctul de ecran dat de sloturi adiacente. Să presupunem că există doar două sloturi. val monocromatic este în mod normal, incidentul cu planul fantelor. Atunci când fanta este plasat un număr chiar de zone Fresnel se realizează condiția minimă pentru diferența. Din moment ce fiecare slot se efectuează o condiție minimă pentru întreaga zăbrele, de asemenea. Prin urmare, o condiție minimă pentru grilajul coincide cu condiția de spațiu minim se numește condiția minim primar și este de forma
Se consideră cazul în care fanta este plasată într-un număr impar de zone Fresnel. În același timp, în fiecare slot va fi pentru o zonă Fresnel necompensată în care toate sursele de lumină variază în aceeași fază. Aceste raze necompensate după ce a trecut printr-una dintre fante va interfera cu razele decompensate care au trecut prin celălalt slot. Am ales două raze arbitrar direcționată (Fig. 4) care provin de la punctele corespunzătoare din fante adiacente și incidente pe un punct de pe ecran. interferența lor determină calea diferența BC = d păcat. Dacă BC =. în punctul M de lumină amplificată. ecuație
Acesta definește vârfurile principale. În cazul în care ,. lumina de la punctul M este slăbită. ecuație
Este o condiție pentru minimelor suplimentară care apare datorită prezenței celei de a doua fantă.