Дифракция. Поляризация

Ди­фрак­ция – яв­ле­ние оги­ба­ния вол­ной пре­пят­ствия:

1. Если пре­пят­ствие срав­ни­мо с дли­ной волны, то волна его оги­ба­ет;

2. Если пре­пят­ствие боль­ше длины волны, то волна га­сит­ся этим пре­пят­стви­ем.

Так как свет– это волна, то все то же самое долж­но про­ис­хо­дить и со све­то­вы­ми вол­на­ми, но этого не на­блю­да­ет­ся. Это объ­яс­ня­ет­ся тем, что длина све­то­вой волны много мень­ше, и по­это­му пре­пят­ствие долж­но быть срав­ни­мо с дли­ной све­то­вой волны.

Дол­гое время было невоз­мож­но экс­пе­ри­мен­таль­но до­ка­зать ди­фрак­цию света, пока Томас Юнг не по­ста­вил экс­пе­ри­мент.

В 1802 году Томас Юнг, от­крыв­ший ин­тер­фе­рен­цию света, по­ста­вил свой клас­си­че­ский опыт по ди­фрак­ции.

Он взял ширму и про­ко­лол бу­лав­кой в ней два от­вер­стия (В и С). Луч света, ко­то­рый вы­хо­дил из от­вер­стия (А) дру­гой ширмы, рас­кла­ды­вал­ся на два све­то­вых пучка. При этом на экране воз­ни­ка­ло че­ре­до­ва­ние свет­лых и тем­ных полос – ин­тер­фе­рен­ци­он­ная кар­ти­на (см. Рис. 1).

Опыт Юнга

Рис. 1. Опыт Юнга

Самым глав­ным в этом опыте было до­га­дать­ся сде­лать два ко­ге­рент­ных ис­точ­ни­ка, у ко­то­рых раз­ность фаз по­сто­ян­на.

Фре­нель обоб­щил прин­цип Гюй­ген­са, и он стал на­зы­вать­ся прин­цип Гюй­ген­са-Фре­не­ля: каж­дая точка фрон­та волны яв­ля­ет­ся вто­рич­ным ис­точ­ни­ком, и все эти ис­точ­ни­ки между собой ко­ге­рент­ны.

На­при­мер, если у нас есть ис­точ­ник света S, и мы мыс­лен­но окру­жим его сфе­ри­че­ской по­верх­но­стью, то на этой по­верх­но­сти будут на­хо­дить­ся ис­точ­ни­ки, и все они будут ко­ге­рент­ны (см. Рис. 2). По­это­му, на­кла­ды­ва­ясь друг на друга, они га­сят­ся, и воз­ни­ка­ет ощу­ще­ние, что свет рас­про­стра­ня­ет­ся пря­мо­ли­ней­но.

Прин­цип Гюй­ген­са-Фре­не­ля

Рис. 2. Прин­цип Гюй­ген­са-Фре­не­ля

Из яв­ле­ния ди­фрак­ции можно по­нять гра­ни­цы при­ме­не­ния гео­мет­ри­че­ской оп­ти­ки. Можно пред­по­ла­гать, что свет рас­про­стра­ня­ет­ся пря­мо­ли­ней­но, толь­ко в том слу­чае, если раз­ме­ры пре­пят­ствий на пути света много боль­ше длины све­то­вой волны.

Все оп­ти­че­ские при­бо­ры рас­счи­ты­ва­ют­ся на ос­но­ве гео­мет­ри­че­ской оп­ти­ки. И вроде бы со­глас­но гео­мет­ри­че­ской оп­ти­ке мы можем рас­смат­ри­вать сколь угод­но малые пред­ме­ты. Но в дей­стви­тель­но­сти это не так, по­то­му что в ка­кой-то мо­мент всту­па­ет в роль яв­ле­ние ди­фрак­ции, про­ис­хо­дит оги­ба­ние пред­ме­та. По­это­му раз­ре­ша­ю­щие спо­соб­но­сти оп­ти­че­ских при­бо­ров (фо­то­ап­па­ра­та, мик­ро­ско­па и т.д.) огра­ни­че­ны дли­ной све­то­вой волны, ко­то­рая вли­я­ет на ди­фрак­цию.

Еще одно свой­ство, ко­то­рым об­ла­да­ет свет, – это по­ля­ри­за­ция.

Свет не толь­ко может рас­про­стра­нять­ся по всем на­прав­ле­ни­ям, но он яв­ля­ет­ся еще и по­пе­реч­ной вол­ной.

Про­ве­дем опыт с кри­стал­лом тур­ма­ли­на. Это кри­сталл, у ко­то­ро­го есть ось.

Если мы по­ме­стим его между гла­зом и ис­точ­ни­ком света, то сна­ча­ла мы ни­че­го не за­ме­тим. Но если взять вто­рую такую же пла­стин­ку и по­вер­нуть ее на 90 гра­ду­сов, то луч света неожи­дан­но про­па­дет. Это го­во­рит о том, что после того, как свет про­шел через один кри­сталл, фронт волны стал рас­про­стра­нять­ся толь­ко в одной плос­ко­сти. И когда мы уста­нав­ли­ва­ем вто­рой кри­сталл, эта плос­кость га­сит­ся, так как кри­сталл про­пус­ка­ет свет толь­ко в одном на­прав­ле­нии (см. Рис. 3).

По­пе­реч­ная волна

Рис. 3. По­пе­реч­ная волна

Таким об­ра­зом, вы­яс­ни­лось, что свет – по­пе­реч­ная волна.

Также по­пе­реч­ность элек­тро­маг­нит­ных волн была до­ка­за­на в тео­рии Макс­вел­ла.

Последнее изменение: Понедельник, 25 Июнь 2018, 15:06