150242 (Дифракция света), страница 2

Результирующая амплитуда Аi вторичных волн от i-й зоны прямо пропорциональна площади этой зоны. Для равновеликих по площади зон (рис. 3) амплитуда Ai уменьшается по мере увеличения номера i зоны благодаря возрастанию угла а и расстояния r:A1>A2>A3>… В этом случае векторная диаграмма для системы зон имеет вид медленно скручивающейся спирали (рис. 4).

Для расчета дифракции света на прямолинейном крае плоского экрана или на прямолинейной щели метод зон Френеля неудобен, так как эти зоны оказываются частично закрытыми экраном. В этих случаях фронт падающей плоской волны разбивается на бесконечно узкие полоски, параллельные прямолинейному краю экрана или щели. Расчет дифракции можно произвести графически с помощью спирали Корню (рис. 5), уравнение

которой в параметрической форме имеет вид:

и где параметр .

Здесь - длина волны, L- расстояние от плоскости экрана до точки Т (предполагается, что волна падает на экран нормально к его плоскости), x0 – координата точки наблюдения T, x- текущая координата точек фронта волны, а ось 0x проведена в плоскости экрана перпендикулярно к его краю. Спираль Корню состоит из двух ветвей, симметричных относительно начала координат (v=0) и при v→±∞ асимптотически навиающихся соответственно на полюс F+(0,5;0,5) и полюс F-(-0,5;-0,5).

Рис.3 Рис.4

Рис.5

3 Дифракция Френеля.

Дифракция сферической световой волны на неоднородной(отверстие в экране), размер которого b сравненим с диаметром первой зоны Френеля (дифракция в сходящихся лучах, z – расстояние точки наблюдения от экрана).

В ряде дифракционных задач, обладающих осевой симметрией, расчет интерференции вторичных волн может быть сильно упрощен с помощью наглядного геометрического метода разбиения фронта волны на кольцевые участки, называемые зонами Френеля. Разбиение на зоны производится так, чтобы оптическая разность хода от сходственных границ (внутренних или внешних) каждой пары соседних зон до рассматриваемой точки Т равнялась λ/2. Вторичные волны от сходственных точек двух соседних зон приходят в точку Т в противоположных фазах и взаимно ослабляют друг друга при наложении.

На рис. 3 показано построение зон Френеля в случае сферической волны, возбуждаемой источником S. Участок 101 волновой поверхности называется первой (центральной) зоной Френеля, кольцевой участок 21- второй зоной и т.д. Так как R и L>> λ, то при не слишком большом i площади первых i зон Френеля одинаковы( i - № зоны Френеля):

В случае плоского волнового фронта

4. Дифракция Фраунгофера.

Дифракция практически плоской световой волны на неоднородной(отверстие в экране), размер которого b много меньше диаметра первой зоны Френеля (дифракция в параллельных лучах).Особенности дифракции Фраунгофера на различных объектах показаны на рисунках 6; 7; 8.

Рис.6. Распределение интенсивности при дифракции

Фраунгофера на длинном прямоугольном экране

Рис.7. Распределение интенсивности при дифракции

Фраунгофера на узкой длинной щели

Р ис.8. Распределение интенсивности при дифракции

Фраунгофера на узкой длинной и широкой щелях

ЛИТЕРАТУРА

1. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов: учебное пособие для приборостроительных вузов. -- 2-е издание, перераб. и доп.—Спб.: Машиностроение,2003 -- 696 с.

1. Порфирьев Л.Ф. Теория оптико-электронных приборов и систем: учебное пособие.— Спб.: Машиностроение,2003 -- 272 с.

1. Кноль М., Эйхмейер И. Техническая электроника, т. 1. Физические основы электроники. Вакуумная техника.—М.: Энергия, 2001.