Час) Дифракция Фраунгофера. Дифракция света на щели. Дифракционная расходимость. Гауссов пучок. Ближняя и дальняя зоны дифракции, приближение геометрической оптики .

Дифракция Фраунгофера на одной щели. Немецкий физик Фраунгофер рассмотрел дифракцию плоских световыхволн, или дифракцию в параллельных лучах. Чтобы этот тип дифракции осуществить, достаточно точечный источник света поместить в фокусе собирающей линзы, а дифракционную картину исследовать в фокальной плоскости второй собирающей линзы, установленной за препятствием.

Рассмотрим дифракцию Фраунгофера от длинной щели (длина больше чем ширина).                                        

      лучами правой зоны. На экране будет темная полоса (минимум). Из ΔАВС получим условие первого минимума:Δ = АС = d · sinφ = λ. Для последующих минимумов будет  d · sinφ = kλ k = 1, 2, 3, 4 ….                                                                                                                      

На рисунке приведен дифракционный спектр распределения интенсивности света от одной щели. Положение дифракционных максимумов зависит от длины волны λ. Поэтому рассмотренная выше теория дифракции имеет место лишь для монохроматического света. При освещении щели не монохроматическим, а белым светом центральный максимум имеет вид белой полоски (он общий для всех длин волн), а боковые максимумы радужно окрашены, т.к. положение максимума различно для разных длин волн. Красная часть расположена снаружи от центрального максимума. Картина расплывчата, с уменьшением ширины щели расстояние между максимумами увеличивается. С увеличением ширины щели, наоборот, расстояние между максимумами уменьшается, и они сливаются в полосу. Пример: сощурить глаза и смотреть на  удаленный  источник света. В центре получается резкое изображение источника света, а по направлению к векам глаз – длинные лучи.

Дифракционная расходимость. Гауссов пучок.Ближняя и дальняя зоны дифракции.

Распределение интенсивности в волновом фронте.

I- распределение интенсивности в     II - распределение интенсивности исходном Гауссовом пучке.                на расстоянии r (плотность энергии).                

₀  и  – ширина распределения интенсивности.

 С увеличением r происходит увеличение ширины распределения интенсивности. Картина дифракционной расходимости (расширения) гауссова пучка, изображенная на рисунке, копирует пространственную дифракцию частиц. Волна такого типа называется Гауссовым пучком., т.е. когда меняется ширина и интенсивность, но распределение интенсивности остается Гауссовым. Это изменение пучка можно обеспечить с помощью оптических приборов - линз.

Лекция 7.

    4.3 (0,5час.)Дифракционная решетка. Дисперсионная область.                
                         Разрешающая способность.

направлением дифракционных лучей. В дифракционной решетке осуществляется многолучевая интерференция когерентных дифрагированных пучков света, идущих из всех щелей. При пропускании через решетку белого света все максимумы, кроме центрального, разложатся в спектр, фиолетовая область которого будет расположена к центру дифракционной картины, красная – наружу. Дифракционная решетка может быть использована как спектральный прибор.

Дисперсионная область определяется постоянной решетки (d). Чем меньше (d) тем выше разрешающая способность.

Разрешающая способность.

Разрешающей способностью объектива (или спектрального прибора) называется величина  R = 1/dψ, где dψ – наименьшее угловое расстояние между двумя точками, при котором они еще оптическим прибором разрешаются, т.е. видны раздельно.  Разрешающая способность дифракционной решетки пропорциональна порядку (k) спектра и числу (N) щелей. Современные дифракционные решетки обладают большей разрешающей способностью.