Таласни ефекти: дифракција светлости

Дифракција светлости - ефекат који се јавља када се таласи шире. Она се манифестује у одступању од закона геометријске оптике. Код различитих феномена таласа, могуће је пратити исту природу принципа према којима они теку.

Интерференција и дифракција светлости

Треба напоменути да се ова два концепта сматрају неодвојивим. По правилу, дифракција се сматра посебним случајем. Таласи су ограничени у простору. Лигхт интерференце - феномен додавања вибрација. У одређеним тачкама у простору, амплитуда расте због суперпозиције таласа. Истовремено, у другим тачкама амплитуда се смањује. Висине и падови се измјењују, стварајући интерференцијски узорак. Константност се посматра само у случају кохеренције доданих осцилација, односно када је њихова разлика константна. Кохерентне осцилације - таласи исте фреквенције. Зато се у пракси чешће проучава интерференција монохроматских вибрација. Треба напоменути да је општа особина свих дифракцијских ефеката јасна зависност од односа магнитуде λ до д, при чему је λ таласна дужина, а д величина ширине таласног фронта.

Значај ове појаве

У већини практичних случајева, ширина таласа је ограничена. То значи да феномен одступања од оптичких закона прати готово сваки вални процес. Дифракција светлости поставља резолуцију било којег, чак и најједноставнијег оптичког уређаја. Код пројектовања сложенијих система, ова карактеристика је чешће ограничена аберацијама. Повећавају се са повећањем пречника објектива камере. Фотографи познају феномен побољшања квалитета слике када је објектив дијафрагма.

Случајеви занемаривања

Феномен дифракције светлости може да утиче на ток прорачуна у процесу проучавања, само ако су нехомогености оптичког медија по величини упоредиве са таласна дужина. Затим ефекат таласа расипања. Али чим нехомогености постану 3–4 реда дуже од таласне дужине, дифракција се често занемарује. У овом случају, ширење таласа је врло прецизно описано системом закона геометријске оптике.

Различита тумачења ефекта

У различитим временима, дифракција светлости је схваћена и објашњена на различите начине. Једна од првих интерпретација сугерише да се талас савија око препреке. Другим речима, она продире у област геометријске сенке. Али према модерним стандардима, ово тумачење је сувише уско. Према истраживачима, он не описује адекватно ефекте који се јављају. У модерној науци, широк спектар феномена је повезан са дифракцијом. Они се јављају када се таласи шире у нехомогеним оптичким медијима.

Како је ефекат?

Дифракција светлости се може детектовати у просторној трансформацији таласних структура. Ово се на неки начин може сматрати "заокруживањем" таласа постојећег за препреку која је настала. У другим ситуацијама, разлог може бити проширење сектора ширења снопа, или њихово одступање на одређену страну. Такође, дифракција светлости се може манифестовати у спектралној декомпозицији таласа у фреквенцији. Поред тога, предметни ефекат се може детектовати у трансформацији поларизације таласа или промени у структури фазе. До данас су највише проучавани ефекти акустике и електромагнетни таласи (посебно оптички). Гравитационо-капиларни таласи на површини течности су подвргнути истраживању и довољно су објашњени.

Неке функције

Карактеристике поља таласа, као што су његова оригинална величина и структура, играју важну улогу у феномену дифракције. У случају када су нехомогености оптичког система упоредиве са или мање од таласне дужине, примећују се значајне промене у параметрима. За боље разумевање, можете узети у обзир једноставан пример. Имамо просторно ограничен сноп таласа. Чак и ако је оптички медиј хомоген, он ће имати својство "замућења". Овакав ефекат не може се описати уз помоћ апарата геометријске оптике. Али модерна наука је већ богата таквим концептом као што је дифракција дифракције. Захваљујући њему, могуће је описати манифестацију овог ефекта у највећој могућој мјери. Треба приметити да почетно ограничење и структура таласног поља у простору често настају не само због присуства апсорпционих или рефлексионих елемената. Често се појављују већ при почетној генерацији разматраног медија.

Посебни случајеви

Претпоставимо да имамо оптички медиј у коме се примењује глатка промена брзине таласа од тачке до тачке. Глаткоћа ће "израчунати" у односу на промене дужине објекта. У таквом окружењу, ширење снопа ће бити криволинирано. Ова чињеница је повезана са феноменом фатаморгане (успут речено, проучава се у градијентној оптици). У том случају, препрека се може савити око таласа. Занимљиво је да се овај ефекат може описати помоћу једначина апарата геометријске оптике. Овај феномен ширења кривих валова не може се приписати дифракцији. Треба напоменути да се учесталост отклона не може уопште повезати са такозваним "заокруживањем" постојеће или постојеће препреке. Истовремено, присуство објекта "на путу" узрокује дифракцију. На пример, ефекат одступања на фазне структуре, тј. Не-апсорбујући или транспарентни тип.

Коначна одступања од геометријске оптике

Како смо сазнали, дифракција се не може објаснити у смислу модела зрака, тј. У оквиру дефиниција геометријске оптике. С друге стране, третман је био исцрпан са становишта теорије валних процеса. Међутим, неке појаве се не могу објаснити помоћу геометријске оптике, али се истовремено не примјењују на дифракцију. На примјер, феномен ротације равнине поларизације у оптички активном медију се не сматра ефектом отклона. У исто време, ротација поларизације је резултат такозване колинеарне дифракције. Уклоњени сноп таласа не мења правац. Овакав ефекат се остварује, на пример, као ултразвучна дифракција у кристалима са дволом. У овом случају, вектори акустичних и оптичких таласа ће бити паралелни. Треба напоменути да се феномени спрегнутих таласних водова не могу тумачити у смислу модела зрака, иако се они не називају и дифракцијама. Други примјер таквих неслагања је одјељак "Кристална оптика". Разматра анизотропију медија. Ова секција има мало везе са проблемом дифракције. Међутим, прилагођавање репрезентација модела зрака који се користи у њему било би прикладно. Уосталом, постоје очигледне разлике у концепту снопа као правца ширења светлости и концепта фронта таласа као нормале на греду. У јаким пољима, може се посматрати и криволинијско ширење греда. Научници су доказали да светлост која пролази поред масивног објекта, као што је звезда, мења правац у правцу поља објекта. И овде на крају видимо "заокруживање" препрека. Иако се овај феномен не односи на дифракцију.