Дифракция Френеля на круглых препятствиях зонная пластинка.

Геометрическая оптика предсказывает появление за непрозрачным экраном области резкой тени – свет туда не проникает. На самом деле картина распределения освещенности на границе света/тени оказывается гораздо более сложной – дифракционная картина. Чем меньше размеры препятствий (экранов), тем более выражена дифракция.

Дифракцией называется огибание волнами препятствий, встречающихся на их пути, или, в более широком смысле, – любое отклонение волн от законов геометрической оптики.

Дифракция Френеля – прямая или сферическая волна падает на препятствие, точка наблюдения не так сильно удалена от препятствия, лучи, идущие в точку наблюдения, формируют сходящийся пучок.

Сферическая волна, распространяющаяся из точечного источника S, встречает на своем пути экран с круглым отверстием. Дифракционную картину наблюдаем на втором экране (Э) в точке М, лежащей на линии, соединяющей S с центром отверстия (рис.26.3).

рис2

Экран параллелен плоскости отверстия и находится от него на расстоянии r. Вид дифракционной картины зависит от числа зон Френеля, укладывающихся в отверстии. Для точки М, согласно методу зон Френеля, амплитуда результирующего колебания

где знак плюс соответствует нечетным т и минус – четным т.

То, что будет наблюдаться определяется числом открытых зон Френеля:   (рис 2)

Ø m>>1, то геометрическая оптика

Ø m порядка 1, Дифракция Френеля

Ø m <<1, Дифракция Фраунгофера (это значит открыта малая часть 1 зоны Френеля)

· Когда отверстие открывает нечетное число зон Френеля, то амплитуда (интенсивность) в точке М будет больше, чем при свободном распространении волны, если четное, то амплитуда (интенсивность) будет равна нулю.

· Если в отверстии укладывается одна зона Френеля, то в точке М амплитуда вдвое больше, чем в отсутствие непрозрачного экрана с отверстием (интенсивность света больше соответственно в четыре раза).

· Если в отверстии укладываются две зоны Френеля, то их действия в точке М практически уничтожают друг друга из-за интерференции. Таким образом, дифракционная картина от круглого отверстия вблизи точки М будет иметь вид чередующихся темных и светлых колец с центрами в точке М (если т – четное, то в центре будет темное кольцо, если т – нечетное – светлое кольцо), причем интенсивность максимумов убывает с расстоянием от центра картины.

· Если отверстие освещается не монохроматическим, а белым светом, то кольца окрашены.

Число зон Френеля, открываемых отверстием, зависит от его диаметра. Если он большой, то Аm<<A1 и результирующая амплитуда A= /2 такая же, как и при полностью открытом волновом фронте, то никакой дифракционной картины не наблюдается, свет распространяется, как и в отсутствие круглого отверстия, прямолинейно.

Зонная пластинка — плоскопараллельная стеклянная пластинка с выгравированными концентрическими окружностями, радиус которых совпадает с радиусами зон Френеля. Зонная пластинка «выключает» чётные либо нечётные зоны Френеля, чем исключает взаимную интерференцию (погашение) от соседних зон, что приводит к увеличению освещённости точки наблюдения. Таким образом, зонная пластинка действует как собирающая линза.

Интенсивность света в точке наблюдения за зонной пластинкой многократно превышает интенсивность света, падающего на зонную пластинку. Причина этого в том, что свет от каждой открытой зоны Френеля приходит в точку наблюдения в одной и той же фазе. Ситуация похожа на фокусировку света линзой.