Определение границ спектра белого света с помощью дифракционной решетки, страница 2

На возможность геометрической интерпретации дифракции указывает принцип Гюйгенса.

Пусть на непрозрачный экран с отверстием падает параллельный пучок света, которому соответствует плоский Фронт волны , см. рис.1.

Геометрическая иллюстрация дифракции света

Открытая часть, волнового фронта может рассматриваться как совокупность огромного числа виртуальных (от латинского virtual – возможный, вероятный) источников вторичных элементарных волн. Согласно принципу Гюйгенса новый фронт волны определится как огибающая всех элементарных фронтов волн. Дальнейшее направление распространения волны определится направлениями нормалей к волновому Фронту. Из рис.1 мы видим, что свет попадает в область геометрической тени. Однако, указывая на геометрическую возможность дифракции, принцип Гюйгенса не позволяет провести аналитическое исследование дифракционной картины.

Анализ состояния светового поля за препятствием может быть выполнен на основе принципа Гюйгенса - Френеля, суть которого состоит в том, что световое колебание в точке пространства определяется как результат сложения колебаний от отдельных участков открытой части волнового Фронта с учетом их фазы и амплитуды.

Указанный принцип, таким образом, утверждает тесную взаимосвязь интерференции и дифракции. Строго говоря, последние являются двумя гранями одного явления: различие между ними может оказаться чисто условным.

Обычно под интерференцией понимается процесс стационарного перераспределения энергии в световом поле двух когерентных источников, тогда как под дифракцией понимается интерференция от бесчисленного множества когерентных источников света (в особую группу выделяется случай многолучевой интерференции).

И, наконец, последнее замечание. Почему явление дифракции необходимо изучать в техническом вузе?

Дело в том, что с дифракционными явлениями мы широко сталкиваемся в инженерной практике при расчетах антенных устройств и в задачах распространения радиоволн, при конструировании, дифракционных спектральных приборов, в задачах рентгеновского фазового и структурного анализа вещества, при оценке пределов возможностей оптических приборов.

1.3.  Дифракционная решетка

Дифракционная решетка – спектральный дифракционный прибор, представляющий собой прозрачную или отражающую пластинку, на которую каким-либо образом наносится штриховка, так что поверхность пластинки представляется последовательностью темных и светлых промежутков.

Пусть а – ширина светлого (или прозрачного) промежутка, а b – темного промежутка, величина  называется периодом решетки.

Формирование дифракционной картины

Пусть на дифракционную решетку нормально к ней падает пучок параллельных лучей. Открытая часть поверхности волнового фронта согласно принципу Гюйгенса представляет собой множество виртуальных когерентных источников.

Строгий анализ должен включать в себя рассмотрение сложения колебаний от разных участков одной и той же щели и от соседних щелей. Этот анализ имеется в учебной литературе. Мы же ограничимся рассмотрением дифракционной картины, используя приближенные подходы.

Обратим внимание, что каждой точке левой щели (промежутка) можно поставить в соответствие точку правой щели, имеющую такое же расположение относительно краев. Разность хода лучей ,идущих под углом  к направлению падающего пучка для соответственных точек двух соседних щелей одна и та же, равная . Если , где  , то по направлению  имеем максимум интерференции, если же,то имеем минимум интерференции.