Жарықтың дифракциясы жарықтың түзу сызық бойымен таралудан ауытқуын немесе жарықтың тосқауылды орағытып өтуін айтады
жүктеу/скачать 157,58 Kb.
|
Жарықтың дифракциясы,.docx
| Жарықтың дифракциясы
Жарықтың дифракциясы – жарықтың түзу сызық бойымен таралудан ауытқуын немесе жарықтың тосқауылды орағытып өтуін айтады. 1665 жылы Италия физигі Франческо Мария Гримальди ашты. Ол өте қарапайым тәжірибе жүргізген. Терезе қақпақтарының арасына өте жіңішке саңылау қалдырған. Сол саңылау арқылы жарық сәулесі жуандығы әртүрлі таяқшаларға түскен. Олардан көлеңкелерін зерттеп, ол геометриялық оптика заңын сақталмағанын байқаған. Нәтижесінде көлеңке болатын жерлерде ақ жолақтар байқалған, оның үстіне олар боялған боп шыққан. Дифракция деп жарықтың түзу сызықты таралудан ауытқу құбылысын айтамыз. Дифракция құбылысы тек жарыққа ғана емес, басқа да толқындық процестерге тән құбылыс. Мысалы, дыбыс толқындары да жолында кездескен бөгетті айнала бұрылып таралады. Дифракция құбылысын жарықтың толқындық теориясы бойынша толық түсіндіруге болады. Гюйгенс принципі бойынша жарықтың тек таралу бағытын анықтауға болатындықтан, Френель жарық толқындарының интерференциялану принципі мен Гюйгенс принципін біріктіреді. Яғни, Френельдің пікірінше, толқындық беттің әрбір нүктелерінің айналасында пайда болған элементар толқындар бірімен-бірі қосылысып интерференцияланады да, қорытқы сыртқы орауыш бетте толқынның біршама интенсивтігі байқалады. Сөйтіп элементар толқындар мен интерференция туралы идеялардан жарықтың толқындық теорияларының негізгі принципі Гюйгенс-Френель принципі келіп шықты. Сонда бұл принцип бойынша толқындық беттің алдыңғы жағындағы әр нүктедегі тербелістерді табу үшін сол нүктеге толқындық беттің барлық элементтерінен келген тербелістерді тауып, олардың амплитудалары мен фазаларын ескере отырып, оларды өзара графиктік тәсілмен қосу керек. Сөйтіп Гюйгенс принципі түсіндіре алмайтын жарықтың түзу сызық бойымен таралу заңын Гюйгенс-Френель принципі бойынша түсіндіруге болатынын бірінші рет 1815 жылы Френель айтқан болатын. Сонда Френель күрделі есептеп шығарудың орнына зоналар тәсілін қолданды. Бұл тәсіл бойынша толқындық бетті ойша дөңгелек зоналарға бөліп және олардан таралып, бір-біріне қосылып, интерференцияланған элементар толқындардың амплитудалары мен фазаларын есептеген (1-сурет). 
1-сурет
Мұнда S жарық көзінен жарық толқындары таралып, сфералық толқындық беттер түзеді, сол беттердің біреуі М болсын. Енді жарық толқынының С нүктесіндегі әсерін анықтау үшін Френель пікірі бойынша толқындық бетті бірнеше дөңгелек зоналарға бөлеміз. Ол үшін С нүктесін центрі етіп алып, М бетке бірнеше сфера сызамыз, сонда көршілес сфералар радиустарының бір-бірінен айырымы жарты толқын ұзындығына, яғни -ге тең болады. Егер СО арақашықтығын r әрпімен белгілесек, онда сфералардың радиустары мынадай болады: 
Сонда бұл сфералар толқындық бетті бірнеше сегменттер мен дөңгелек зоналарға (Френель зоналарына) бөледі. Сөйтіп, көршілес зоналардың сәйкес шеттерінің С нүктесінен қашықтықтарының айырымы жарты толқын ұзындығына тең болады: . С нүктесіне көршілес екі зонадан келетін тербелістердің фазалары қарама-қарсы болғандықтан, n зоналар әсерінен пайда болған қорытқы тербелістің амплитудасы мынаған тең: , Жоғарыда айтылғандай, зонаның нөмірі артқанда тербеліс амплитудасы кеми беретіндіктен, n -ші зонадан келген толқындар қоздырған тербелістердің амплитудасы, оған көршілес (n+1) және (n-1) зоналардан келген толқындар қоздырған тербелістердің амплитудаларының қосындысының жартысына тең, яғни:  (3)
Егер берілген С нүктеге әсер ететін зоналардың саны тақ болса, онда сол нүктедегі қорытқы тербелістің амплитудасы зоналардың саны жұп болғандықтан үлкен болады. Жарық интенсивтігі тербеліс амплитудасының квадратына пропорционал ( ) болғандықтан, жарық күштірек болады. Ал қарастырылып отырған зоналардың саны өте көп болса, онда ең жоғарғы зонаның әсері аз болады, оны есепке алмауға болады. Жуықтап алғанда С нүктесіндегі қорытқы тербеліс амплитудасы мынаған тең: .  (4)
Демек өте көп зоналар немесе өте үлкен толқындық бет әсерінен пайда болған қорытқы тербелістердің амплитудасы орталық зонаның әсерінен пайда болған тербеліс амплитудасының жартысына тең. Сонымен, С нүктесіне сфералық толқынның түрлі бөліктерінен келген жарықтың өзара интерференциялану нәтижесінде пайда болған қорытқы тербеліс амплитудасы орталық зонаның тудырған тербелісінің амплитудасынан кіші. Сонымен, жарықтың біртекті ортада түзу сызық бойымен таралуы элементар толқындар интерференциясының нәтижесі болады. Жарық еркін таралғанда, яғни толқын беті шексіз үлкен болғанда, барлық Френель зоналары еркін болады және олар бақылаушының көзіне симметриялы болып көрінеді. Сондықтан жарық түзудің бойымен таралған болып байқалады. Егер жарық еркін таралмай, зоналар дұрыс орналаспаса, онда жарықтың түзу сызық бойымен таралу заңы бұзылады да, ифракция құбылысы білінеді. Френель дифракциясы. Егер жарық толқыны шектеусіз үлкен болып, жарық еркін таралса, онда жарық толқынының бір нүктеге түсіретін әсері Френель орталық зонасының жартысының әсеріндей болады да, жарық түзу бойымен таралады. Ал жарық еркін таралмай, оның алдынан бөгет кездессе, жарықтың толқындық бетінің бір бөлігі бөгеледі, сөйтіп жарық сәулелері ауытқып бөгетті орай бұрылады, жарықтың түзу сызықпен таралу заңы бұзылады да, дифракция құбылысы байқалады. Мұның мысалдарына жарық жолындағы кішкене экранның шеткі жиектері және тағы басқалар жатады. Егер жарық дифракцияланатын бөгет жарық көзі мен бақылау нүктесіне жақын болса, онда байқалатын жарық дифракциясы Френель дифракциясы немесе тоғысатын сәулелер дифракциясы деп аталады. Енді жарықтың кішкене дөңгелек саңылаудан өткен кездегі дифракциялануын қарастырайық (2-сурет). 
2-сурет
жүктеу/скачать 157,58 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|
(1)
(2)