Valni učinki: difrakcija svetlobe

Difrakcija svetlobe - učinek, ki se pojavi pri širjenju valov. To se kaže v odstopanju od zakonitosti geometrijske optike. Z različnimi valovnimi pojavi je mogoče slediti isti naravi načel, po katerih tečejo.

Interferenca in difrakcija svetlobe

Treba je opozoriti, da se ta dva pojma štejeta za neločljiva. Praviloma se difrakcija obravnava kot poseben primer. Valovi so v prostoru omejeni. Motnje svetlobe - pojav dodajanja vibracij. V določenih točkah v prostoru se amplituda povečuje zaradi superpozicije valov. Hkrati se v drugih točkah amplituda zmanjšuje. Vzponi in padci se izmenjujejo in tvorijo interferenčni vzorec. Konstantnost se opazuje le v primeru koherence dodanih nihanj, to je, ko je njihova razlika konstantna. Koherentne nihanja - valovi iste frekvence. Zato se v praksi pogosteje preučuje interferenca monokromatskih vibracij. Opozoriti je treba, da je splošna lastnost vseh difrakcijskih učinkov jasna odvisnost od razmerja velikosti λ do d, kjer je λ valovna dolžina, d pa je velikost širine valovne fronte.

Pomen pojava

V večini praktičnih primerov je širina valovne fronte omejena. To pomeni, da pojav odstopanja od optičnih zakonov spremlja skoraj vsak valni proces. Difrakcija svetlobe določa ločljivost katerekoli, tudi najpreprostejše optične naprave. Pri oblikovanju bolj kompleksnih sistemov je ta značilnost bolj pogosto omejena z aberacijami. Povečujejo se s povečanjem premera objektiva kamere. Fotografi poznajo pojav izboljšanja kakovosti slike, ko je objektiv membranski.

Primeri zanemarjanja

Pojav difrakcije svetlobe lahko vpliva na potek izračunov v procesu proučevanja le, če so nehomogenosti optičnega medija po velikosti primerljive z valovna dolžina. Potem učinek sipanja valov. Toda takoj, ko postanejo nehomogenosti 3 do 4-krat daljša od valovne dolžine, se pogosto zgodi, da je difrakcija zapostavljena. V tem primeru je širjenje valov zelo natančno opisano s sistemom zakonov geometrijske optike.

Različne interpretacije učinka

V različnih časih je bila difrakcija svetlobe razumljena in razložena na različne načine. Ena od prvih razlag je pokazala, da se val zavija okoli ovire. Z drugimi besedami, prodira v območje geometrijske sence. Toda po sodobnih standardih je ta razlaga preozka. Po mnenju raziskovalcev ne opisuje ustrezno učinkov, ki se pojavljajo. V sodobni znanosti je širok spekter pojavov povezan z difrakcijo. Pojavljajo se, ko se valovi širijo v nehomogenih optičnih medijih.

Kako je učinek?

Difrakcijo svetlobe lahko zaznavamo v prostorski transformaciji valovnih struktur. To je mogoče na nek način "zaokrožiti" val obstoječega za oviro, ki je nastala. V drugih primerih je lahko razlog širjenje sektorja širjenja žarka ali njihovo odstopanje na določeno stran. Tudi difrakcija svetlobe se lahko manifestira v spektralni razgradnji valov v frekvenci. Poleg tega se lahko zadevni učinek zazna v transformaciji valovne polarizacije ali v spremembi fazne strukture. Do danes so najbolj preučeni učinki akustičnih in elektromagnetna valovanja (zlasti optično). Gravitacijsko-kapilarni valovi na površini tekočine so bili raziskani in dovolj pojasnjeni.

Nekatere funkcije

Značilnosti valovnega polja, kot so njegova prvotna velikost in struktura, igrajo pomembno vlogo pri pojavu difrakcije. V primeru, ko so nehomogenosti optičnega sistema primerljive ali manjše od valovne dolžine, se opazijo pomembne spremembe parametrov. Za boljše razumevanje si lahko ogledate preprost primer. Imamo prostorsko omejen valovni žarek. Tudi če je optični medij homogen, bo imel lastnost "zamegljenosti". Takšnega učinka ni mogoče opisati s pomočjo aparata geometrijske optike. Toda sodobna znanost je že bogata s takšnim konceptom, kot je difrakcijska razhajanja. Zahvaljujoč njemu je možno v največji možni meri opisati manifestacijo tega učinka. Upoštevajte, da začetna omejitev in struktura valovnega polja v prostoru pogosto nastanejo ne samo zaradi prisotnosti absorpcijskih ali refleksijskih elementov. Pogosto se pojavljajo že pri prvi generaciji obravnavanega medija.

Posebni primeri

Recimo, da imamo optični medij, v katerem je opaziti gladko spremembo hitrosti valov od točke do točke. Gladkost bo "izračunala" glede na spremembe v dolžini predmeta. V takem okolju bo širjenje žarkov krivocrtno. To dejstvo je povezano z pojavom privida (mimogrede, preučuje se v gradientni optiki). V tem primeru se ovira lahko ovije okoli vala. Zanimivo je, da je ta učinek mogoče opisati z enačbami aparata geometrijske optike. Ta pojav razširjanja krivuljnih valov ni mogoče pripisati difrakciji. Upoštevajte, da učinek preusmerjanja pogosto ni povezan s tako imenovanim "zaokroževanjem" obstoječe ali obstoječe ovire. Hkrati pa prisotnost predmeta "na poti" povzroča difrakcijo. Na primer, učinek odstopanja na fazne strukture, ki so nevpojne ali transparentne.

Končne razlike z geometrijsko optiko

Kot smo ugotovili, difrakcije ni mogoče razložiti v smislu modela žarkov, to je v okviru definicij geometrijske optike. Po drugi strani pa je bilo zdravljenje izčrpno z vidika teorije valovnih procesov. Vendar pa nekaterih pojavov ni mogoče razložiti s pomočjo geometrijske optike, hkrati pa ne veljajo za difrakcijo. Na primer, fenomen vrtenja polarizacijske ravnine v optično aktivnem mediju se ne šteje za deformacijski učinek. Hkrati je rotacija polarizacijske ravnine posledica tako imenovane kolinearne difrakcije. Upognjeni žarek valov ne spremeni smeri. Ta vrsta učinka je izvedena, na primer, kot ultrazvočna difrakcija v kristalih z dvolom. V tem primeru bodo vektorji akustičnih in optičnih valov vzporedni. Opozoriti je treba, da fenomena povezanih valovodov ni mogoče razlagati v smislu modela žarka, čeprav se tudi ne imenujejo difrakcije. Drug primer takšnih neskladij je oddelek "Kristalna optika". Upošteva anizotropijo medija. Ta razdelek nima veliko opraviti s problemom difrakcije. Vendar bi bilo primerno prilagoditi predstavitve modela žarka, ki ga uporabljamo. Navsezadnje obstajajo jasne razlike v konceptu žarka kot smeri širjenja svetlobe in koncepta valovne fronte kot normale na žarek. V močnih poljih lahko opazujemo tudi krivočrtno širjenje žarkov. Znanstveniki so dokazali, da svetloba, ki poteka v bližini masivnega objekta, kot je zvezda, spreminja smer v smeri polja predmeta. In tukaj na koncu vidimo "zaokroževanje" ovir. Čeprav ta pojav ne velja za difrakcijo.