Valni učinci: difrakcija svjetlosti

Difrakcija svjetla - učinak koji se događa kada se valovi šire. Ona se očituje u odstupanju od zakona geometrijske optike. Kod različitih valnih pojava moguće je pratiti istu prirodu principa prema kojima teče.

Interferencija i difrakcija svjetlosti

Valja napomenuti da se ova dva pojma smatraju nerazdvojivima. Difrakcija se u pravilu smatra posebnim slučajem. Valovi su ograničeni u prostoru. Smetnje svjetlosti - fenomen dodavanja vibracija. Na određenim mjestima u prostoru amplituda raste zbog superpozicije valova. U isto vrijeme, u drugim točkama amplituda se smanjuje. Visine i padovi se izmjenjuju, tvoreći interferencijski uzorak. Stalnost se promatra samo u slučaju koherencije dodanih oscilacija, tj. Kada je njihova razlika konstantna. Koherentne oscilacije - valovi iste frekvencije. Zato se u praksi češće proučava interferencija monokromatskih vibracija. Treba napomenuti da je opće svojstvo svih difrakcijskih učinaka jasna ovisnost o omjeru veličine λ do d, gdje je λ valna duljina, a d veličina širine valnog fronta.

Značaj ove pojave

U većini praktičnih slučajeva, širina vala je ograničena. To znači da fenomen odstupanja od optičkih zakona prati gotovo svaki valni proces. Difrakcija svjetla postavlja razlučivost bilo kojeg, čak i najjednostavnijeg optičkog uređaja. Kod projektiranja složenijih sustava, ovo svojstvo je češće ograničeno aberacijama. Povećavaju se s povećanjem promjera objektiva fotoaparata. Fotografi poznaju fenomen poboljšanja kvalitete slike kada je objektiv dijafragma.

Slučajevi zanemarivanja

Fenomen difrakcije svjetlosti može utjecati na tijek proračuna u procesu proučavanja, samo ako su nehomogenosti optičkog medija po veličini usporedive s valna duljina. Zatim učinak valova raspršenja. Ali čim nehomogenosti postanu 3 do 4 reda duže od valne duljine, difrakcija se često zanemaruje. U ovom slučaju, širenje valova vrlo je točno opisano sustavom zakonitosti geometrijske optike.

Različita tumačenja učinka

U različito vrijeme, difrakcija svjetlosti je shvaćena i objašnjena na različite načine. Jedna od prvih interpretacija sugerira da se val savija oko prepreke. Drugim riječima, ona prodire u područje geometrijske sjene. No, prema suvremenim standardima, ovo tumačenje je preusko. Prema istraživačima, on ne opisuje adekvatno učinke koji se događaju. U suvremenoj znanosti široki raspon pojava povezan je s difrakcijom. Oni se javljaju kada se valovi šire u nehomogenim optičkim medijima.

Kako je učinak?

Difrakcija svjetlosti može se detektirati u prostornoj transformaciji valnih struktura. To se na neki način može smatrati "zaokruživanjem" vala postojećeg za prepreku koja je nastala. U drugim situacijama, razlog može biti širenje sektora širenja snopa ili njihovo odstupanje na određenu stranu. Također, difrakcija svjetlosti može se očitovati u spektralnoj razgradnji valova u frekvenciji. Nadalje, dotični učinak može se otkriti u transformaciji valne polarizacije ili u promjeni strukture faze. Do danas su najviše proučavani učinci akustike i elektromagnetski valovi (osobito optički). Gravitacijsko-kapilarni valovi na površini tekućine podvrgnuti su istraživanju i dovoljno su objašnjeni.

Neke značajke

Značajke valnog polja, kao što su njegova izvorna veličina i struktura, igraju važnu ulogu u fenomenu difrakcije. U slučaju kada su nehomogenosti optičkog sustava usporedive ili manje od valne duljine, zabilježene su značajne promjene parametara. Za bolje razumijevanje, možete uzeti u obzir jednostavan primjer. Imamo prostorno ograničenu valnu zraku. Čak i ako je optički medij homogen, on će imati svojstvo "zamućenja". Takav učinak ne može se opisati uz pomoć aparata geometrijske optike. No, moderna znanost već je bogata takvim konceptom kao što je difrakcijska divergencija. Zahvaljujući njemu moguće je opisati manifestaciju ovog učinka u najvećoj mogućoj mjeri. Treba napomenuti da početno ograničenje i struktura polja vala u prostoru često nastaju ne samo zbog prisutnosti elemenata apsorpcije ili refleksije. Često se pojavljuju već pri početnoj generaciji razmatranog medija.

Posebni slučajevi

Pretpostavimo da imamo optički medij u kojem se promatra glatka promjena brzine vala od točke do točke. Glatkoća će "izračunati" s obzirom na promjene u dužini objekta. U takvom okruženju, širenje snopa bit će krivocno. Ova činjenica povezana je s fenomenom fatamorgane (usput rečeno, proučava se u opciji gradijenta). U tom slučaju, prepreka se može saviti oko vala. Zanimljivo je da se ovaj učinak može opisati pomoću jednadžbi aparata geometrijske optike. Ovaj fenomen širenja krivih valova ne može se pripisati difrakciji. Primijetite da vrlo često učinak progiba uopće ne može biti povezan s takozvanim "zaokruživanjem" postojeće ili postojeće prepreke. Istovremeno, prisutnost objekta "na putu" uzrokuje difrakciju. Primjerice, učinak odstupanja na fazne strukture, tj. Ne-apsorbirajući ili transparentni tip.

Konačna odstupanja od geometrijske optike

Kako smo saznali, difrakcija se ne može objasniti u smislu modela zraka, tj. Unutar okvira definicija geometrijske optike. S druge strane, tretman je bio iscrpan s gledišta teorije valnih procesa. Međutim, neke pojave se ne mogu objasniti pomoću geometrijske optike, ali se istovremeno ne primjenjuju na difrakciju. Na primjer, fenomen rotacije ravnine polarizacije u optički aktivnom mediju ne smatra se deformacijskim učinkom. U isto vrijeme, rotacija ravnine polarizacije rezultat je takozvane kolinearne difrakcije. Skretni val valova ne mijenja smjer. Takav efekt se ostvaruje, na primjer, kao ultrazvučna difrakcija u kristalima s dvolom. U ovom slučaju, vektori akustičkih i optičkih valova će biti paralelni. Valja napomenuti da se fenomeni povezanih valovoda ne mogu tumačiti u smislu modela zraka, iako se također ne nazivaju difrakcijama. Drugi primjer takvih odstupanja je odjeljak "Kristalna optika". Razmatra anizotropiju medija. Ovaj odjeljak ima malo veze s problemom difrakcije. Međutim, prilagođavanje prikaza modela zraka koji se koristi u njemu bilo bi prikladno. Uostalom, postoje očite razlike u konceptu snopa kao smjera širenja svjetla i pojma fronte vala kao normale na snop. U jakim poljima može se promatrati i krivočulno širenje greda. Znanstvenici su dokazali da svjetlost koja prolazi pored masivnog objekta, kao što je zvijezda, mijenja smjer u smjeru polja objekta. I ovdje na kraju vidimo "zaokruživanje" prepreka. Iako se ova pojava ne odnosi na difrakciju.