Дифракция света 1. Дифракция света на щели, круглом диске и круглом отверствии. 2.Дифракционная решетка и ее применение

1. Дифракция света на щели, круглом диске и круглом отверствии

Плоские и сферические волны можно наблюдать на поверхности воды

Отклонение света от прямолинейности распространения в однородной среде называется дифракцией света. Дифракция света происходит при прохождении света: 1.Через узкие щели 2.Через маленькие препятствия(круглые диски) 3.Через маленькие отверстия Размеры щелей, препятствий и отверстий должны быть примерно равны длине световой волны

Дифракция света на узкой щели

Дифракция света на круглом диске

Впервые на светлое пятно в центре тени от диска обратил внимание французский ученый Пуассон. Наблюдение светлого пятна в центре тени от диска в то время казалось абсурдным, поэтому Пуассон выступил против волновой теории света. Через некоторое время эксперименты другого французского ученого Араго подтвердили наличие светлого пятна в центре тени диска. Светлое пятно в центре тени от диска получило название пятно Пуассона

Дифракция света на круглом отверстии Французский ученый Пуассон теоретически доказал,что в центре светлого круга от отверстия должно быть темное пятно. Это темное пятно(пятно Пуассона)опять опытным путем обнаружил французский ученый Араго

Дифракция и интерференция света неразрывно связаны друг с другом. В результате дифракции световые лучи отклоняется по всем направлениям, между световыми волнами при этом создается разность хода волн, при их наложении происходит интерференция света, возникает очень интересная дифракционная картина

2.Дифракционная решетка и ее применение

Прозрачные На прозрачную поверхность наносятся штрихи,которые не пропускают свет, между ними образуются прозрачные щели Наблюдение ведется в проходящем свете Отражательные Штрихи наносятся на непрозрачную(металлическую) поверхность Наблюдение ведется в отраженном свете На практике больше применяются отражательные решетки

Образование щелей на прозрачной дифракционной решетке Хорошие решётки требуют очень высокой точности изготовления. Если хоть одна щель из множества будет нанесена с ошибкой, то решётка будет бракована. Машина для изготовления решёток прочно и глубоко встраивается в специальный фундамент. Перед началом непосредственного изготовления решёток, машина работает 5-20 часов на холостом ходу для стабилизации всех своих узлов. Нарезание решётки длится до 7 суток, хотя время нанесения штриха составляет 2-3 секунды.В современных решетках нарезают до 1200 щелей на 1 мм.

Вывод формулы дифракционной решетки Δd =kλ

Дифракционная картина при освещении решетки белым светом

Дифракционные спектры

Устройство компакт - дисков Компакт – диск представляет собой поликарбонатное основание тол- шиной 1,2 мм и диаметром 120 мм, покрытую тончайшим слоем металла ( алюминий, золото, серебро ) и защитным слоем лака. Информация на диске записывается в виде спиральной дорожки из питов (англ. – углубление ), выдавленных на поликарбонатной основе. Каждый пит имеет примерно 100 нм в глубину и 500 нм в ширину. Длина каждого пита 850 нм – 3,5 мкм.Шаг дорожки в спирали составляет 1,6 мкм. защитного слоя 3 с этикеткой. Цифрой 4 обозначены питы, образующие дорожку записи. 1 - основание 2 - металлический выступ 3 - защитный слой лака 4 - питы

Дифракция света на компакт - диске 1, 2, 3, 4 - металлические выступы между питами, они отражают свет и играют роль щелей.

Получаются напылением металла на поверхность стекла. Имеют период от 6 до 10 мкм., толщину мкм. 1- металлический отражающий штрих 2- испарившееся часть металла Отражательная дифракционная решетка

Применение дифракции света Получение и наблюдение сплошных спектров Абсолютно точное измерение длины длины световой волны

Разрешающая способность оптических приборов Дифракция света не позволяет получить отчетливые изображения очень маленьких предметов с помощью оптических приборов. При рассматривании мелких предметов в микроскоп, свет не распространяется по прямой линии, а огибает предметы,заходит в область геометрической тени, поэтому изображения предметов будут расплывчатыми, в виде маленьких пятнышек. В результате дифракции света изображениями звезд в телескопе будут не светящиеся точки, а система светлых и темных колец. Если две звезды находятся на очень малом угловом расстоянии друг от друга, то эти кольца налагаются друг на друга, глаз не может различить эти звезды отдельно. В результате дифракции света разрешающая способность оптических приборов уменьшается

Изображения космических объектов в телескопе

Возникает в результате дифракции света на на капельках воды Венец вокруг Луны.

Увеличенный вид катаракты в человеческом глазу при освещении диффузным светом щелевой лампы щелевой лампы В зависимости от расположения помутнения хрусталика в центре или на периферии зрение может снижаться или оставаться высоким. Если катаракта начинает развиваться на периферии хрусталика, пациент может не ощущать никаких изменений в зрении. Чем ближе к центру находится помутнение хрусталика, тем серьёзней становятся проблемы со зрением. При этом предметы видны нечётко, с размытыми контурами. Изображение может двоиться. Зрачок, который обычно выглядит чёрным, может приобрести сероватый или желтоватый оттенок. Люди с катарактами жалуются на особую светочувствительность, а точнее, на её снижение с течением времени. Этим людям очень часто приходится менять очки. Некоторые говорят, что мир вокруг стал каким-то тусклым. Эти симптомы являются показанием для обращения к врачу.светочувствительность Влияние дифракции света на зрение

Гримальди Франческо 2.IV XII.1663 Итальянский ученый. С 1651 года - священник. Открыл дифракцию света, систематически ее изучал и сформулировал некоторые правила. Открыл отражательную дифракционную решетку. Описал солнечный спектр, полученный с помощью призмы. В 1662 г. определил величину поверхности Земли.

Юнг Томас 13.IV V.1829 Английский ученый. Полиглот. Научился читать в 2 года. Объяснил аккомодацию глаза, обнаружил интерференцию звука, ввел термин и объяснил интерференцию света.Впервые ввел понятие длины волны света и измерил ее. Впервые обнаружил дифракцию света на маленьком круглом отверствии. Объяснил кольца Ньютона.

Опыт Юнга является первым интерференционным опытом, получившим объяснение на основе волновой теории света. В опыте Юнга свет от источника проходит через две близко расположенные щели. Световые пучки, расширяясь из-за дифракции, падают на удаленный экран. В области перекрытия световых пучков возникают интерференционные полосы Классический опыт Юнга по дифракции света

Френель Огюст Жан (10.V VII.1827) Французский физик. Научные работы посвящены физической оптике. Дополнил известный принцип Гюйгенса, введя так называемые зоны Френеля (принцип Гюйгенса - Френеля). Разработал в 1818 году теорию дифракции света

Пуассон Семион Дени (21.VI IV.1840) Французский механик, математик, физик, член Парижской академии наук (с 1812 года). Физические исследования относятся к магнетизму, капиллярности, теории упругости, гидромеханике, теории колебаний, теории света. Впервые теоретически доказал, что в центре тени от непрозрачного диска должно быть темное пятно.

Араго Доменик Франсуа (26.II X.1853) Французский физик и политический деятель. Автор многих открытий по оптике и электромагнетизму: хроматическую поляризацию света, вращение плоскости поляризации, намагничивание железных опилок вблизи проводника с током. Установил связь полярных сияний с магнитными бурями. По его указаниями А.Физо и У.Фуко измерили скорость света, а У.Леверье открыл планету Нептун Впервые на опыте наблюдал светлое пятно в центре тени от непрозрачного диска.

Фраунгофер Йозеф (6.III VI.1826) Немецкий физик. Научные работы относятся к физической оптике. Внёс существенный вклад в исследование дисперсии и создание ахроматических линз. Фраунгофер изучал дифракцию в параллельных лучах (так называемая дифракция Фраунгофера).Сначала от одной щели, а потом от многих. Большой заслугой учёного является использование(с 1821 года) дифракционных решеток для исследования спектров (некоторые исследователи считают его даже изобретателем первой дифракционной решетки)