Vlnové efekty: světelná difrakce

Difrakce světla - účinek, k němuž dochází při šíření vln. Vyjadřuje se v odchylce od zákonů geometrické optiky. Při různých vlnových jevech je možné vysledovat stejnou povahu principů, podle kterých proudí.

Rušení a difrakce světla

Je třeba poznamenat, že tyto dva pojmy jsou považovány za neoddělitelné. Zpravidla se difrakce považuje za zvláštní případ. Vlny jsou omezené ve vesmíru. Světelné rušení - fenomén přidání vibrací. Na určitých místech v prostoru se zvětšuje amplituda kvůli superpozici vln. Současně se v jiných bodech snižuje amplituda. Nejvyšší a nižší hodnoty se střídají a tvoří interferenční vzorec. Konstanta je pozorována pouze v případě soudržnosti přidaných oscilací, tj. Je-li jejich rozdíl konstantní. Koherentní oscilace - vlny stejné frekvence. Proto se v praxi častěji zkoumá zásah monochromatických vibrací. Je třeba poznamenat, že obecná vlastnost všech difrakčních efektů je jasná závislost na poměru velikosti λ do d, kde λ je vlnová délka a d je velikost šířky vlnové fronty.

Význam fenoménu

Ve většině praktických případech je šířka vlnové plochy omezená. To znamená, že fenomén odchylky od optických zákonů doprovází téměř jakýkoli proces vln. Difrakce světla nastavuje rozlišení libovolného, ​​dokonce i nejjednoduššího optického zařízení. Při navrhování složitějších systémů je tato charakteristika častěji omezována aberacemi. Zvětšují se s rostoucím průměrem objektivu fotoaparátu. Fotografové poznají fenomén zlepšení kvality obrazu, když je objektiv membránový.

Případy zanedbání

Fenomén difrakce světla může ovlivnit průběh výpočtů v procesu studia, pouze pokud jsou nehomogenita optického média srovnatelná s velikostí vlnová délka. Pak efekt rozptýlení vln. Ale jakmile se nehomogenita stane 3-4 řády delší než vlnová délka, difrakce je často opomíjena. V tomto případě je šíření vln velmi přesně popsáno systémem zákonů geometrické optiky.

Různé interpretace účinku

V různých dobách byla difrakce světla chápána a vysvětlena různými způsoby. Jeden z prvních interpretací naznačil, že vlna se ohýbá kolem překážky. Jinými slovy proniká do oblasti geometrického stínu. Ale podle moderních standardů je tato interpretace příliš úzká. Podle výzkumníků dostatečně nepopisuje dopady, které nastanou. V moderní vědě je s difrakcí spojeno široké spektrum jevů. Objevují se, když se vlny šíří v nehomogenních optických médiích.

Jaký je účinek?

V prostorové transformaci vlnových struktur lze detekovat světelnou difrakci. To může být považováno za "zaokrouhlení" vlny stávající vlny pro vzniklou překážku. V jiných situacích může být důvodem rozšíření sektoru šíření paprsku nebo jeho odchylky na určitou stranu. Také se může difrakce světla projevit ve spektrálním rozložení vln ve frekvenci. Kromě toho může být daný účinek detekován v transformaci vlnové polarizace nebo ve změně fázové struktury. K dnešnímu dni jsou nejvíce studovány účinky akustických a elektromagnetické vlny (zejména optické). Gravitačně-kapilární vlny na povrchu kapaliny prošly výzkumem a byly dostatečně vysvětleny.

Některé funkce

Charakteristiky vlnového pole, jako je jeho původní velikost a struktura, hrají důležitou roli v difrakčním jevu. V případě, kdy jsou nehomogenita optického systému srovnatelná s vlnovou délkou nebo méně, jsou zaznamenány významné změny v parametrech. Pro lepší pochopení můžete zvážit jednoduchý příklad. Máme prostorově omezený vlnový paprsek. I když je optické médium homogenní, bude mít vlastnost "rozmazání". Takový efekt nelze popsat pomocí přístroje geometrické optiky. Moderní věda je však již bohatá na takovou koncepci jako difrakční divergence. Je to díky němu, že je možné popsat projev tohoto efektu v plném rozsahu. Všimněte si, že počáteční omezení a struktura vlnového pole v prostoru často vznikají nejen kvůli přítomnosti absorpčních nebo odrazových prvků. Často se objevují již v počáteční generaci uvažovaného média.

Zvláštní případy

Předpokládejme, že máme optické médium, ve kterém je z bodu na místo pozorována hladká změna rychlosti vln. Hladkost bude "počítat" s ohledem na změny v délce objektu. V takovém prostředí bude šíření paprsku křivočaré. Tato skutečnost je spojena s fenoménem zázraku (mimochodem je studován v gradientní optice). V takovém případě se překážka může ohýbat kolem vlny. Tento efekt je pozoruhodně popsán pomocí rovnic přístrojů geometrické optiky. Tento fenomén šíření křivočarých vln nemůže být přičítán difrakci. Všimněte si, že poměrně často se účinek vychýlení nemusí vůbec spojit s takzvaným "zaoblením" stávající nebo existující překážky. Zároveň přítomnost objektu "na cestě" způsobuje difrakci. Například efekt odchylky na fázové struktury, tj. Neabsorpční nebo průhledný typ.

Konečné nesrovnalosti s geometrickou optikou

Jak jsme zjistili, difrakci nelze vysvětlit z hlediska modelu paprsku, to jest v rámci definic geometrické optiky. Na druhé straně byla léčba vyčerpávající z pohledu teorie vlnových procesů. Některé jevy však nelze vysvětlit pomocí geometrické optiky, ale zároveň se na difrakci nevztahují. Například fenomén otáčení polarizační roviny v opticky aktivním prostředí není považován za deflekční efekt. Současně je rotace polarizační roviny výsledkem tzv. Kolineární difrakce. Odkloněný paprsek vln nemění směr. Tento typ účinku je realizován například jako ultrazvuková difrakce v birefringentních krystalech. V tomto případě budou vektory akustických a optických vln paralelní. Mělo by být poznamenáno, že jev spojených vlnovodů nelze interpretovat z hlediska modelu paprsku, ačkoli nejsou také označovány jako difrakce. Dalším příkladem takových nesrovnalostí je část "Crystal Optics". Zvažuje anizotropii média. Tato část má málo společného s problémem s difrakcí. Měla by však být vhodná úprava zobrazení modelu rentgenového záření. Koneckonců existují jasné rozdíly v konceptu paprsku jako směr šíření světla a koncepce vlnové fronty jako normální pro paprsek. V silných polích lze také pozorovat zakřivené šíření paprsků. Vědci prokázali, že světlo procházející u masivního objektu, jako je hvězda, mění směr ve směru pole objektu. A zde nakonec vidíme "zaokrouhlení" překážek. Přestože se tento jev nevztahuje na difrakci.