Дифракция что это такое: Дифракция света — Технарь

Содержание

Дифракция света — Технарь

Вторым признаком волновой природы света служит явление дифракции (от латинского «дифракцио» — огибание). Дифракцией называют, огибание волнами препятствий. Препятствия нарушают прямолинейность перемещения фронта волны. Явление дифракции для волн, распространяющихся на поверхности воды, показано на рис. 32.10. Когда препятствие велико (по сравнению с длиной волны), то за ним волн нет (рис. 32.10, а). Когда размер препятствия мал, то волны заходят за его края (рис, 32.10, б), а очень маленькое препятствие волны огибают так, что за ним никаких изменений во фронте волны не происходит (рис. 32.10, в).

На рис. 32.11 показано прохождение волн через отверстие в преграде. Когда отверстие большое (по сравнению с длиной волны), то волны почти не заходят за его края (рис. 32.11, а). Когда отверстие маленькое, то волны заметно заходят за края отверстия (рис. 32,11, б). При очень маленьком отверстии волны покрывают всю поверхность за препятствием (рис. 32.11, в). В этом случае отверстие как бы является самостоятельным источником волн, которые и распространяются за препятствием во все стороны.

Все эти явления объясняются тем, что препятствие отсекает часть фронта бегущей волны. Из принципа Гюйгенса можно заключить, что дифракционные явления обусловлены интерференцией элементарных волн на границе отсеченного препятствием фронта волны. При этом, чем меньше размеры препятствия или отверстия по сравнению с длиной волны, тем заметнее явление дифракции.

Когда размеры препятствия (отверстия) соизмеримы с длиной волны, дифракция обнаруживается в непосредственной близости от препятствия (рис. 32.10, в и 32.11, в). Однако когда препятствие велико по сравнению с длиной волны, дифракцию тоже можно обнаружить, но на более далеком расстоянии от препятствия. Это объясняется тем, что изменения во фронте волны, обусловленные препятствием, по мере удаления от него делаются все заметнее. Итак, чем больше размеры препятствия, тем на более далеком расстоянии от него обнаруживается явление дифракции. Однако энергия волн при этом должна быть достаточно большой, чтобы их дифракция была заметна.

Рассмотрим теперь дифракцию света. Поскольку длины волн светового излучения очень малы, дифракцию света можно наблюдать только на значительном расстоянии от препятствия или отверстия. Пусть на пути лучей, идущих от точечного источника монохроматического света S, помещен маленький диск диаметром АВ (рис. 32.12, а), а дифракция наблюдается на экране CD. Если бы свет распространялся прямолинейно, то на экране получилась бы тень диаметром CD. Однако когда расстояние от диска до экрана достаточно велико, то на экране получается дифракционная картина из чередующихся темных и светлых колец (рис. 32.12, б), а в центре экрана, т. е. в точке О, оказывается светлый кружок.

Расчет показывает, что в точку О приходит энергия, обусловленная колебаниями лишь в той части волновой поверхности, которая непосредственно примыкает к диску АВ. Все остальные колебания в точке О, вызванные другими участками волновой поверхности, при интерференции гасят друг друга. На рис. 32.12, а видно, что все точки волновой поверхности, окружающей диск АВ, находятся на одинаковом расстоянии от точки О. Это означает, что вызванные ими колебания в точке О, когда волны дойдут до нее, будут иметь одинаковые фазы, т. е. должны усиливать друг друга. Поэтому в точке О и получается светлое пятно.

Для наблюдения дифракции от узкой щели делают такой опыт. На пути параллельных монохроматических лучей ставят непрозрачный экран с узкой щелью, а на некотором расстоянии от него помещают второй экран, на котором и наблюдают дифракционную картину, показанную на рис. 32.13. При этом против щели видна светлая полоса, ширина которой оказывается тем больше, чем уже щель (почему?), а за светлой полосой чередуются темные и светлые полосы.

Заметим, что при освещении препятствий и отверстий белым светом картина дифракции получается более расплывчатой, чем в описанных выше случаях, и имеет радужную окраску.

что это такое и как избавиться

Здравствуйте, читатели моего блога! С вами на связи, Тимур Мустаев. Спешу вам сообщить, что наши фотокамеры неидеальны. Они видят мир иначе, нежели наши глаза. Но, как и в человеческом восприятии, так и в отображении картинки техникой, возникают различные ошибки.

Их называют оптическими “болезнями”. Распространены дисторсии, сферический аберрации, виньетирование и т.д. Чем дороже фотокамера и оптика, тем меньше подобных искажений может возникнуть. Сегодня мы поговорим об одной из частых болезней, которая называется дифракция в фотографии.

Специфика действия света

Любой фотограф, активно занимающийся своим делом, вскоре начнет замечать неприятные световые, цветовые и др. эффекты в кадре.

Дифракция проявляется в снижении детальности и четкости снимка, при этом независимо от его разрешения. Также говорят о дифракционных кольцах или полосах, появляющихся рядом с объектами. Что это в соответствии с физическими законами, как можно объяснить такое явление?

Понятие дифракции связано со светом. Это исключение из правил раздела геометрической оптики. Перевод с латинского означает “разломанный”, “огибание” – весьма близкое описание существующего процесса.

В действительности так и происходит: световой пучок, имеющий характер волны, идет прямолинейно. Но если он встречает некоторые препятствия в виде плотных, непрозрачных объектов, то “обходит” и частично проникает за них, в их теневые области. Здесь подстерегает нас главная “опасность” – в результате даже границы тени (и то, что в тени) смягчаются, становятся не совсем резкими.

Могу сказать вам более того, принцип огибания светом предметов применяется и к самой диафрагме фотоаппарата, ведь ее лепестки подходят под категорию “плотные препятствия”.

Таким образом, мы имеем дело не с одной, а несколькими волнами света, которые взаимодействуют и накладываются друг на друга.

Трудно представить? А попробуйте на мгновение прищурить глаза, вот вам и получается все окружающее расплывчатым, будто за туманом или пеленой. Примерно также непросто приходится фотокамере.

Явление неприятное, создающее дополнительные сложности, но неизбежное. Как бы вам ни хотелось, не получится полностью избавиться от этого или другого рода искажений. Поэтому нужно помнить о них и стараться минимизировать имеющимися средствами.

Влияние на изображение

Я вам рассказал не просто занимательные факты из области теоретической физики. Это реальный недостаток, который может быть явно заметен на фотографии и снизить ее привлекательность для зрителя и самого автора.

Понять наглядно, что представляет собой дифракция, можно зайдя на различные форумы фотолюбителей или самостоятельно сделав серию тестов фотокамеры.

Установите фотокамеру на штатив, исключив этим вибрации, выберите ручной или режим диафрагмы и снимайте один предмет с отличными параметрами f.

Остальные переменные экспозиции не меняйте. Некоторые используют особую шкалу или лист бумаги с изображением мишени (в pdf формате). Снимки с разницей в диафрагме оцениваются по четкости/размытости всей мишени (цифр, букв, линий или определенного предмета) или ее краев.

В ниже приведенном примере, обратите внимание на ель. Начиная с f/14 она начинает размываться.

Дифракция – это такой недостаток работы оптики, с которым в фоторедакторах практически ничего нельзя сделать. Единственным выходом может быть минимизация ее влияния на этапе съемок.

Как избежать дифракцию в фотографии?

Дифракция серьезно сказывается на качестве изображения. Как избежать ее в фотографии?

  • Во-первых, нужно умело работать с диафрагмой, избегая как слишком малых значений, так и максимально больших, даже если ваш фотоаппарат позволяет их выставить. В первом случае дифракция может появиться из-за сглаживающего эффекта, то есть естественного боке вокруг основного объекта; во втором – потому что снижается общее количество света, идущего в объектив, отсюда падение детальности. Считается, что после f=11 вероятность дифракции высока, не говоря уже о предельных диафрагменных величинах 22 и далее.
  • Во-вторых, будет полезен поляризационный фильтр на объектив, он уберет необходимость в каких-то ситуациях (при ярком солнце, приоритета длинной выдержки для съемки воды и пр. ) закрывать диафрагму.
  • В-третьих, что немаловажно, выбор хорошей фотоаппаратуры. Дорогая оптика сделана иначе: более качественные и верно подобранные линзы, высокая светосила, которая чувствительна к свету и лучше его воспринимает независимо от времени суток. Снимки на профессиональный фотоаппарат отличаются яркостью и резкостью.
  • В-четвертых, что я бы отметил, общая осведомленность фотографа. Конкретно я имею в виду знание пользователя о шкале ГРИП, также умение рассчитывать гиперфокальное расстояние, где не последнее место занимает фокусное расстояние объектива.

Научитесь делать красивые и правильные фотографии друзьям на зависть, а помогут вам в этом замечательные видеокурсы:

Цифровая зеркалка для новичка 2.0 — для фанатов камеры NIKON.

Моя первая ЗЕРКАЛКА — для фанатов камеры CANON.

Как и всегда, не прощаюсь с вами надолго. Заходите на мой блог, подписывайтесь на интересные статьи. Было бы хорошо, если бы вы поделились статьей в социальных сетях.

Всех вам благ, Тимур Мустаев.

Дифракция волн, теория и примеры задач

Определение и основные сведения о дифракции волн

Волны могут огибать края препятствий. Если размер препятствия сравним с длиной волны, то огибая препятствие, волна смыкается за препятствием. Например, если из воды в пруду торчит ветка. Создадим волну, бросив камень в воду. Эта волна обогнет торчащую из воды ветку, и будет распространяться за ней так, как – будто ветки не было. Однако если размеры препятствия будут больше по сравнению с длиной волны, то огибание не произойдет и за препятствием образуется «тень», волна за него не приникнет. Любой вид волн может огибать препятствия (световые волны, звуковые, механические и т.д.).

При дифракции происходит искривление поверхности волны у краев препятствия. Особенно явно дифракция проявляется в том случае, если размеры препятствия сравнимы с длинами волн.

Явление дифракции можно объяснить при помощи принципа Гюйгенса, так как любую точку поля волны следует рассматривать как источник вторичных волн, которые распространяются по всем направлениям, в том числе и в область геометрической тени препятствия.

Исторически явление дифракции начали изучать в оптике, изучая свойства света.

Дифракция света. Основные положения теории Френеля

Дифракция света – это пакет явлений, связанных с волновой природой света, которые можно наблюдать при его распространении в веществе с выраженными неоднородностями. Явления, которые подтверждают явление дифракции световой волны: отклонение света от прямолинейного распространения при прохождении сквозь отверстия в непрозрачных экранах, огибание границ непрозрачных тел.

Рассматривая дифракцию света Френель выдвинул ряд положений, которые принимаются без доказательства и составивших принцип Гюйгенса – Френеля:

  1. Для того чтобы решить задачу о распространении света можно заменить реальный источник волн () системой виртуальных источников света, которые названы вторичными. В качестве таких источников можно выбирать маленькие участки любой замкнутой поверхности, которая охватывает .
  2. Вторичные источники света будут когерентны между собой. Следовательно, в любой точке вне вспомогательной поверхности, волны являются результатом интерференции всех вторичных волн. Вспомогательная поверхность выбирается произвольно, так чтобы упростить задачу.
  3. Для выделенной вспомогательной поверхности, совпадающей с волновой поверхностью, мощности вторичного излучения равных по площади участков равны. При этом каждый вторичный источник излучает свет в основном в направлении внешней нормали к поверхности волны. Френель исключил возможность возникновения обратных вторичных волн, то есть волн, которые бы распространялись от вторичных источников внутрь области, которая ограничена вспомогательной поверхностью. Если часть вспомогательной поверхности закрыта, например, непрозрачным экраном, то вторичные волны будут излучать только открытые ее части. Излучение открытых участков Френель считал не связанными с материалом, формой и размерами экранов.

Френель предложил свой метод разбиения поверхности волны на зоны, которые помогают упрощать решения задач.

При решении задач выделяют: дифракцию в сходящихся лучах (дифракция Френеля) и дифракцию в параллельных лучах (дифракция Фрауггофера).

Примеры решения задач

Рентгеновская дифракция – от порошков и твердых веществ до тонких пленок и наноматериалов

При исследовании материалов ученые рассматривают множество аналитических вопросов, связанных с кристаллической структурой образцов материалов. Рентгеновская дифракция (XRD) – это единственная лабораторная технология, которая позволяет получать структурные данные, такие как химический состав, кристаллическая структура, размер кристаллита, деформация, предпочтительная ориентация и толщина слоя. В связи с этим исследователи материалов используют XRD для анализа широкого спектра материалов, от порошков и твердых веществ до тонких пленок и наноматериалов.

Наука и промышленность

Многие исследователи, работающие в промышленных и научных лабораториях, используют рентгеновскую дифракцию в качестве инструмента для разработки новых материалов или повышения эффективности производства. Инновации в области рентгеновской дифракции тесно связаны с изучением новых материалов, например в полупроводниковых технологиях, или исследованиями в фармацевтической промышленности. Промышленные исследования направлены на постоянное повышение скорости и эффективности производственных процессов. Полностью автоматизированный анализ с помощью рентгеновской дифракции в таких отраслях как, добыча полезных ископаемых и производство строительных материалов, позволяет получить более экономичные решения для управления производством.

Решения аналитических задач

Рентгеновский дифракционный анализ отвечает многим аналитическим потребностям материаловедов. В сфере производства порошков химические фазы идентифицируют как качественно, так и количественно. Рентгеновская дифракция высокого разрешения позволяет выявлять такие параметры слоя, как состав, толщина, шероховатость и плотность в тонких пленках полупроводников. Малоугловое рентгеновское рассеяние и парная функция распределения (PDF) помогают анализировать структурные свойства наноматериалов. Напряжения и предпочтительная ориентация могут быть определены в широком диапазоне твердых веществ и сложных инженерных компонентов.

Узнайте больше!

Malvern Panalytical приглашает вас ознакомиться с широким спектром аналитических задач, которые позволит решить дифрактометр.

Интерференция и дифракция (К.Ю. Богданов)

Интерференция – это сложение колебаний. В результате интерференции в каких-то точках пространства происходит рост амплитуды колебаний, а в других – их уменьшение. Неизменная картина интерференции наблюдается только тогда, когда разность складываемых колебаний постоянна (они когерентны). Очевидно, что когерентными могут быть колебания одинаковой частоты. Поэтому чаще всего изучают интерференцию монохроматических колебаний.

На фото справа изображена интерференция волн на поверхности воды.

Интерференцию световых волн можно наблюдать, если положить стеклянную линзу на стеклянную пластинку (см. рисунок справа) и посмотреть на них сверху. Луч света (красные стрелки) падает сверху на линзу, преломляется, отражается от её нижней искривлённой поверхности и выходит из линзы (луч 2). Однако часть луча, упавшего на нижнюю поверхность линзы, выходит из неё, падает на стеклянную пластинку, отражается от неё, проходит через линзу и выходит из неё (луч 1). Лучи 1 и 2 когерентны, т.к. они возникли из одного луча.

Если попав в глаз, фаза этих лучей будет отличаться на целое число периодов, то эти лучи будут усиливать друг друга и мы увидим яркое пятно. В тех случаях, когда их разность фаз составит нечётное число полупериодов (Т/2, 3Т/2, 5Т/2 и т.д.) лучи уничтожат друг друга, и мы увидим тёмное пятно.

Очевидно, что разность фаз между лучами 1 и 2 зависит от толщины зазора между линзой и пластинкой. Поэтому, смотря сверху мы увидим чередующиеся тёмные и светлые кольца – кольца Ньютона (см. рисунок справа).

 

 

Интерференция световых волн происходит, когда на пути света оказывается непрозрачный экран с двумя параллельными щелями – S1 и S2 (опыт Юнга, см. рисунок а справа). Согласно принципу Гюйгенса каждая из щелей становится вторичным источником сферических волн. S1 и S2 – когерентные источники, т.к. они произошли от одного источника света. Волны от S1 и S2 налагаются друг на друга, и если на каком-то расстоянии от щелей поставить непрозрачный экран, то на нём появятся чередующиеся тёмные и окрашенные (яркие) полосы. При этом напротив точки, лежащей между щелями, будет центральная яркая полоса, которую называют интерференционным максимумом «0» порядка. Симметрично от центральной яркой полосы располагаются темные полосы — интерференционные минимумы «1» порядка, а потом яркие полосы — интерференционные максимумы «1» порядка, и т.д. Очевидно, что разность хода лучей от S1 и S2 в точке на экране, где наблюдается интерференционный максимум m-го порядка, равна ml, где l- длина волны света.

На рисунке b показано, как можно вычислить угол q, под которым виден интерференционный максимум «1» порядка. Из рисунка следует, что  , где d – расстояние между щелями. Также можно вычислить расстояние x от центральной яркой полосы на экране до интерференционного максимума «1» порядка , где L – расстояние до экрана, где наблюдают интерференцию. Необходимо отметить, что простота этих формул вытекает из того, что L>>d

На фото справа показаны интерференционные полосы для синего света (левая), для красного света (средняя) и для белого света (правая).

Интерференционные полосы можно наблюдать в свете, отражённом от вертикально расположенной мыльной плёнки (см. рисунок справа). Толщина плёнки увеличивается сверху вниз, что изменяет разность хода между лучами, отражёнными от обеих поверхностей плёнки. На рисунке а схематически показан верхний красный луч, падающий слева на фиолетовую плёнку (в разрезе). Этот луч сразу отражается и получает обозначение (луч 1). Другая часть того же луча преломляется в плёнке, отражается от другой её поверхности (луч 2) и продолжает двигаться рядом с лучом 1. Если при этом разница фаз между лучами 1 и 2 станет кратной периоду колебаний, то лучи будут усиливать друг друга, и мы увидим яркую полосу. Если же эта разница фаз составит нечётное число полупериодов (Т/2, 3Т/2, 5Т/2 и т.д.), то они уничтожат друг друга, а мы увидим тёмную полосу.

Следует отметить, что волны при отражении изменяют фазу на 180° (или p), если отражаются от более оптически плотной среды, например, при отражении света в воздухе от воды. Если отражение происходит от менее оптически плотной среды, то изменение фазы волны не происходит.

Пусть, например, показатели преломления n1 < n2 > n3 (см. рисунок справа). Найдём разность фаз Dj между лучами 1 и 2 после прохождения лучом 2 через тонкую плёнку в обоих направлениях. Луч 1 изменил свою фазу после отражения на p. Луч 2 вернётся в среду с n1 , опоздав на число периодов, равное отношению двойной толщины плёнки (2h) к длине волны света в ней, l2, т.е.

где l0 – длина волны света в вакууме.

Дифракцией называют явления, связанные со свойством волн огибать препятствия, т.е отклоняться от прямолинейного распространения.

На рисунке справа показано, как меняют направление звуковые волны после прохождения через отверстие в стене. Согласно принципа Гюйгенса области 1-5 становятся вторичными источниками сферических звуковых волн. Видно, что вторичные источники в областях 1 и 5 приводят к огибанию волнами препятствий.

Любое препятствие искажает фронт распространения волн. Согласно принципу Гюйгенса границы препятствия становятся вторичными источниками волн, а их интерференция за препятствием приводит к возникновению устойчивой картины — чередования максимумов и минимумов интенсивности. Эти максимумы и минимумы называют дифракционными, т.к. они произошли в результате дифракции волн. Справа показана дифракция волн, распространяющихся слева направо за шаром. Видно, что дифракция волн практически уничтожает тень от шара, а в её центре появляется область, где интенсивность волн очень велика.

Справа показано фото тени от монеты на экране при освещении её источником монохроматического света. Видно, что в центре тени есть яркое пятно, образованное интерференцией лучей, огибающих край монеты. Интерференция этих лучей приводит к появлению чередующихся тёмных и ярких колец, окружающих тёмный диск тени. Этот эксперимент тоже является иллюстрацией явления дифракции света.

Справа показано увеличенное фото тени верхнего края непрозрачной стены на экране. Видно, что переход из тёмной части тени в освещённую происходит не резко, а через последовательность чередующихся тёмных и ярких полос. Эти полосы являются результатом дифракции лучей света на краю препятствия и последующей их интерференции.

Щель в непрозрачном экране (см. рис. справа) тоже искажает фронт распространения волн. Согласно принципу Гюйгенса границы щели и она сама становятся вторичными источниками волн, а их последующая интерференция приводит к возникновению устойчивой картины — чередования дифракционных максимумов и минимумов интенсивности света (см. самую правую панель рисунка).

Если расстояние  L до экрана, на котором наблюдают дифракционную картину, гораздо больше ширины a щели (см. рисунок), то угол, под которым виден первый дифракционный минимум номер n (см. yn на рисунке), можно вычислить из соотношения

где l — длина волны света. Коричневой кривой показан график зависимости интенсивности света от положения на экране. Самая правая панель – соответствующая дифракционная картина.

Если щель освещается двумя источниками света S1 и S2 , то каждый из них будет создавать на экране свою дифракционную картину (см. рисунок). Если угол q, под которым видны эти источники, больше ширины центрального дифракционного максимума (2l/a)  то на экране можно будет различить ДВА ярких дифракционных максимума. В противном случае на экране будет только один центральный максимум слегка большей интенсивности. Таким образом, чем больше ширина щели, тем легче различить на экране близко расположенные источники света.

Дифракция света наблюдается, если он проходит через круглое отверстие (см. левый рисунок). При этом дифракционная картина состоит из центрального яркого пятна, окружённого чередой тёмных и ярких колец. При этом угловой диаметр q1 центрального яркого пятна равен

 

где D – диаметр отверстия. Если угол, под которым видны два источника света больше q1 , их центральные максимумы не перекрываются и вполне различимы (см. среднее фото). В противном случае эти максимумы сливаются в один (см. самое правое фото).

Таким образом, чем больше будет диаметр входной линзы или зеркала телескопа, тем больше звёзд мы увидим на небе.

 

Дифракционная решётка – это прозрачная пластинка, на которую через одинаковое расстояние d (период решётки) нанесены параллельные штрихи. Плоский фронт световой волны падает слева на дифракционную решётку (см. рисунок) и претерпевает дифракцию на её штрихах. После интерференции прошедших через решётку лучей появляются направления, вдоль которых наблюдаются дифракционные максимумы и минимумы интенсивности света.

Угол qn, под которым виден первый дифракционный максимум номер n, легко вычислить, если считать, что расстояние до экрана Р гораздо больше периода решётки d:

На рисунке справа показано, как дифракционная решётка расщепляет голубой луч лазера.

Дифракционная решётка не только может отклонять лучи, как призма, но и разлагать их в спектр. Справа показано, что происходит с белым светом, после того, как он проходит через дифракционную решётку. Видно, что дифракционная картина в этом случае представляет собой наложение дифракционных картин для цветов, образующих белый свет

Явления дифракции и интерференции света помогают Природе раскрашивать всё живое, не прибегая к использованию красителей

Дифракция звука

Дифракция: огибание волн вокруг небольших* препятствий и распространение волн за пределы малых* отверстий.

* мало по сравнению с длиной волны

Важная часть нашего опыта со звуком связана с дифракцией. Тот факт, что вы можете слышать звуки за углами и вокруг барьеров, включает в себя как дифракцию, так и отражение звука. Дифракция в таких случаях помогает звуку «огибать» препятствия.Тот факт, что дифракция более выражена на более длинных волнах, означает, что вы можете слышать низкие частоты вокруг препятствий лучше, чем высокие частоты, как показано на примере марширующего оркестра на улице. Другим распространенным примером дифракции является контраст звука от близкого и дальнего удара молнии. Гром от близкого удара молнии будет ощущаться как резкий треск, указывающий на присутствие большого количества высокочастотного звука. Гром от отдаленного удара будет восприниматься как низкий гул, поскольку именно длинные волны могут огибать препятствия, чтобы добраться до вас.Есть и другие факторы, такие как более высокое поглощение воздухом высоких частот, но дифракция играет роль в восприятии.

Вы можете воспринимать дифракцию как имеющую двойственную природу, поскольку то же самое явление, которое заставляет волны огибать препятствия, заставляет их распространяться мимо небольших отверстий. Этот аспект дифракции также имеет много значений. Помимо возможности слышать звук, когда вы находитесь за дверью, как на иллюстрации выше, это распространение звуковых волн имеет последствия, когда вы пытаетесь звукоизолировать комнату.Хорошая звукоизоляция требует, чтобы помещение было хорошо герметизировано, потому что любые отверстия позволяют звуку извне распространяться по комнате — удивительно, как много звука может проникнуть через маленькое отверстие. По тем же причинам требуется хорошая герметизация корпусов громкоговорителей.

Другим следствием дифракции является тот факт, что волна, которая намного длиннее, чем размер препятствия, такого как столб в аудитории наверху, не может дать вам информацию об этом препятствии. Фундаментальный принцип визуализации заключается в том, что вы не можете видеть объект, длина волны которого меньше длины волны, с помощью которой вы его рассматриваете.Вы не можете увидеть вирус в световой микроскоп, потому что размер вируса меньше длины волны видимого света. Причину этого ограничения можно наглядно представить на примере аудитории: звуковые волны изгибаются и реконструируют волновой фронт за столбом. Когда вы находитесь на расстоянии нескольких звуковых длин от столба, ничто о волне не дает вам информации о столбе. Таким образом, ваш опыт работы со звуком может дать вам представление об ограничениях всех видов процессов обработки изображений.

Другие примеры:

Что такое дифракция? Определение и его виды и сравнение?

Дифракция

Когда свет падает на препятствие, размер которого сравним с длиной волны света, то свет огибает препятствие и входит в геометрическую тень.Это искривление света и есть дифракция.

Мы можем определить дифракцию как искривление света, когда он проходит по краю объекта. Но пропорция изгиба зависит от относительного размера длины волны света к размеру отверстия. Итак, если отверстие больше, чем длина волны света, изгиб будет практически незначительным. Принимая во внимание, что если они ближе по размеру или равны, степень изгиба заметна и может быть легко видна невооруженным глазом.

Типы дифракции

Есть два типа дифракции

1. Дифракция Френеля: Дифракция Френеля происходит, когда свет от точечного источника встречает препятствие. Волны имеют сферическую форму, а наблюдаемая картина представляет собой бахромчатое изображение объекта.

2.     Дифракция Фраунгофера: Дифракция Фраунгофера происходит с плоскими волновыми фронтами, когда объект находится на бесконечности. Наблюдаемая картина представляет собой бахромчатое изображение источника в определенном направлении.

Сравнение
Дифракция Френеля Дифракция Фраунгофера
1 Если экран и источник света находятся на конечном расстоянии от препятствия, то дифракция Френеля называется дифракцией Френеля. 1 Если источник света и экран находятся на бесконечном расстоянии от препятствия, то дифракция называется дифракцией Фраунгофера.
2 Для получения дифракции Френеля используются зональные пластины. 2 Для получения дифракции Фраунгофера используется одинарная-двойная плоская дифракционная решетка.
3 Береговые линии, падающие на препятствие при дифракции Френеля, неплоские. 3 Волновые фронты, падающие на препятствие при дифракции Фраунгофера, являются плоскими.
4 Для схождения сферических волновых фронтов выпуклая линза не требуется. 4 Плоские дифрагирующие волновые фронты сходятся через выпуклую линзу.

Хотите узнать о похожих темах? Вот несколько избранных блогов для вас! *список*

10 примеров дифракции в реальной жизни — StudiousGuy

Дифракция — это процесс, благодаря которому система волн распространяется после прохождения через узкие щели.В систему волн входят звуковые волны, световые волны, электромагнитные волны, волны воды и т. д. Дифракция, в общем, представляет собой огибание волн вокруг небольшого отверстия. Процесс дифракции впервые наблюдал Франческо Мария Гримальди, итальянский математик и физик. Его работа была официально опубликована в 1665 году. Дифракция — довольно универсальный процесс, который можно наблюдать во многих повседневных практиках.

Например, ниже приведены некоторые реальные примеры дифракции:

Указатель статей (щелкните, чтобы перейти)

1.Компакт-диск Компакт-диски

наиболее подвержены процессу дифракции. Поверхность компакт-диска блестящая и состоит из множества канавок. Когда свет падает на верхнюю часть компакт-диска, часть его преломляется, а часть света отражается. Вот почему мы видим на компакт-диске радужный узор.

2. Голограмма

Голограмма, слово произошло от двух греческих слов: «холо» означает «целое», а «грамм» означает сообщение.Это одна прекрасная технология, которая обещает нам невероятное будущее. Голограмма в основном использует дифракцию для создания трехмерного впечатления от изображения. Различные версии изображения преломляются и достигают объектива с разных сторон, образуя интерференционную картину. Затем этот рисунок ложится на голографическую пластину. Наконец, предоставив нам трехмерный опыт.

3. Свет, попадающий в темную комнату

Предположим, есть комната без источника света, плюс свет от двери в комнату не попадает, так как она закрыта, а когда кто-то приоткрывает дверь, можно наблюдать, что свет хлещет внутрь с изгибом поперек по краям и по углам двери.Дверь действует как препятствие на пути света, поэтому свет искривляется. Это искривление, несомненно, известно как дифракция.

4. Сумеречные лучи

Вы наверняка хоть раз в жизни видели это захватывающее дух зрелище. Эти великолепно выглядящие лучи известны как сумеречные лучи или лучи Бога. Когда световые лучи от солнца пытаются достичь земли, но блокируются облаками, световые волны преломляются и отклоняются. Это отклонение света из-за наличия барьера на его нормальном пути есть не что иное, как дифракция.В следующий раз, когда вы увидите такой потрясающий вид, вы можете поделиться причиной этого.

5. Рентгеновская дифракция

При дифракции рентгеновских лучей образец хранится в приборе и освещается рентгеновскими лучами. Рентгеновская трубка и детектор движутся синхронно, регистрируется и исследуется наблюдаемый сигнал. Это явление наиболее широко используется при определении расстояния между двумя последовательными атомами элемента. Процесс дифракции рентгеновских лучей очень важен в метеорологической, фармацевтической, химической и других смежных отраслях, поскольку всякий раз, когда исследователи сталкиваются с некоторыми неопознанными элементами, им необходимо настроить детали их структуры, начиная с выравнивания, расстояния и другие характеристики его атомов.

6. Вода, выходящая из небольшого зазора

Текущая вода реки, когда сталкивается с небольшой щелью, имеет тенденцию нарушать ее нормальное течение. Водяные волны претерпевают изгибы на другой стороне щели. Этот изгиб является еще одним примером дифракции.

7. Солнечная/Лунная корона

В метеорологических терминах термин «корона» описывает световое кольцо вокруг Солнца или Луны, которое образуется, когда солнечный или лунный свет преломляется маленькими водяными парами или кристаллами льда.Ореол Луны известен как лунная корона, а гало Солнца известен как солнечная корона.

8. Звук

Если кто-то громко зовет вас по имени, вы можете это услышать. Если они спрячутся за высоким деревом и будут так же интенсивно звать вас по имени, сможете ли вы это услышать? Ответ — да, но почему звук не блокируется, даже если на его пути находится огромное дерево? Причина в том, что звук путешествует и достигает вашего уха в процессе дифракции.

9. Кольцо света вокруг источника

Посмотрите прямо сейчас на любой источник света вокруг вас, вы можете заметить, что свет не передается напрямую в прямом направлении, небольшая часть световой энергии дифрагирует вокруг источника. Эта дифракция света происходит из-за присутствия поблизости пыли и газообразных частиц.

10. Распространение сигнала

Процесс дифракции широко используется при распространении радиосигналов на большие расстояния.Из-за искривленной поверхности земли и имеющихся на ней огромных препятствий распространение прямой видимости на большие расстояния невозможно. Вот почему мы используем многоуровневую дифракцию, чтобы сигнал достиг места назначения. Сигнал продолжает ударять о препятствия, одновременно усиливаясь с помощью усилителей снова и снова, пока не достигнет пункта назначения. Дифракция отвечает за телефонные звонки, которые вы можете принять.

 

 

Фотография 101: Что такое дифракция объектива в фотографии и как ее избежать? — 2022

Выдержка затвора камеры и диафрагма объектива влияют на количество света, попадающего в объектив.Выбор самой резкой диафрагмы с наименьшим количеством дифракции — это не универсальная формула. Дело в том, что если вы хотите получить изображение, в котором все аспекты имеют более или менее одинаковый фокус, то, вероятно, вам подойдет фотосъемка с малой апертурой. Компромисс — повышенные шансы дифракции.

  • Если вы хотите сфокусироваться только на одной небольшой области фотографии, тогда снимки с большой апертурой будут вашим лучшим другом, но в итоге вы получите фотографии с невероятно резкими объектами (наряду с намеренно размытым фоном). но резкий).
  • Но важно знать еще кое-что: максимально возможная диафрагма с наименьшим количеством дифракции зависит от используемого объектива. Почти во всех случаях данный объектив не будет максимально резким, когда он открыт на максимально достижимую диафрагму. На самом деле он самый резкий, когда лепестки его диафрагмы немного смыкаются, тем самым создавая числовую апертуру, которая немного меньше, чем физически способен создать объектив.
  • Когда вы немного уменьшаете апертуру объектива, это называется «закрытием», и разумное количество затенения может стать вашим лучшим другом в борьбе со многими видами дифракции света. Но с другой стороны, мы уже знаем, что слишком маленькая апертура также является основной причиной дифракции.
  • Фотография дает золотую середину. В этом случае выбор диафрагмы на вашей цифровой зеркальной фотокамере с относительно большой апертурой, но не 90 185 слишком большой 90 186, является лучшим способом быстро справиться со смягчающими эффектами дифракции. В итоге вы получите большую глубину резкости с четко сфокусированными объектами, которые лишь минимально обременены дифракцией объектива.
  • Процесс, известный как получение изображений сверхвысокого разрешения, иногда используется в некоторых видах цифровой обработки изображений для противодействия эффектам дифракции линз.

Некоторые модели цифровых зеркальных камер, включая модели Nikon, Sigma, Canon и других ведущих брендов, содержат программные настройки для ограничения дифракции объектива. О таких камерах говорят, что они «ограничены дифракцией»; действительно, любую оптическую систему можно настроить так, чтобы она была «ограничена дифракцией», убедившись, что ее разрешающая способность ограничена теоретическим максимальным пределом оборудования.

Если вы только начинаете или мечтаете стать профессионалом, фотография требует много практики и здоровой дозы терпения.Никто не знает этого лучше, чем знаменитый фотограф National Geographic Джимми Чин. В своем мастер-классе по приключенческой фотографии Джимми раскрывает различные творческие подходы к коммерческим съемкам, редакционным разворотам и проектам, посвященным увлечениям, и дает ценный взгляд на то, как поднять вашу фотографию на новый уровень.

Хотите стать лучшим фотографом? Годовое членство MasterClass предоставляет эксклюзивные видеоуроки от мастеров фотографии, включая Джимми Чина и Энни Лейбовиц.

Что такое дифракция в фотографии и как ее избежать?

Если вы когда-нибудь изучали линзы, вы, вероятно, сталкивались с термином «дифракция линз» и задавались вопросом, что он означает. Что такое дифракция? Что вызывает это? Как это влияет на ваши фотографии? Что можно сделать, чтобы этого избежать?

В этом руководстве подробно рассматривается дифракция. Мы объясним, что вызывает это и как это влияет на ваши фотографии. Затем мы рассмотрим, что вы можете сделать, чтобы этого избежать.

Photo by Wan San Yip on Unsplash

Что такое дифракция линз?

Дифракция, в ее самом простом определении, — это концепция интерференции волн друг с другом. Подобно ряби на воде, если вы бросите камешек в лужу, раскинувшуюся по кругу, свет (который также распространяется волнами) также распространяется по узору. То, как эти волны распространяются, зависит от их окружения.

Если вы думаете об этой луже, на волны влияет размер гальки, глубина воды или наличие в воде чего-либо, перенаправляющего их.В случае световых волн, попадающих в вашу камеру, на них влияет размер отверстия диафрагмы вашего объектива.

Малая апертура приводит к большому распространению световых волн, в то время как большее отверстие приводит к тому, что они распространяются намного меньше, как показано на диаграмме ниже.

Как показано выше, большее отверстие позволяет проходить волнам с минимальными помехами. Однако небольшое отверстие заставляет волны изгибаться и распространяться намного сильнее.


Как дифракция влияет на фотографию?

Когда несколько световых волн проходят через одну и ту же маленькую апертуру, они искажаются, они перекрываются и интерферируют друг с другом, вызывая потерю резкости вашего изображения .Это происходит, когда вы снимаете с маленькой диафрагмой (большие числа f). Если вы фотограф, который всегда снимает с широкой апертурой, дифракция никогда не повлияет на вас.

Но, если вы фотограф-пейзажист, фотограф недвижимости, фотограф архитектуры или любите снимать изображения с большой глубиной резкости, вы можете столкнуться с мягкостью ваших изображений, если вы закроете диафрагму слишком сильно.

Но какая диафрагма вызывает дифракцию линз? Ну нет однозначного ответа.Это зависит от вашего объектива, фокусного расстояния и датчика камеры. Вы можете выполнить поиск в Интернете, чтобы найти «золотую середину» для вашего конкретного объектива. Лучшее место — это настройка диафрагмы, при которой ваш объектив работает лучше всего с точки зрения максимальной резкости. Эта настройка приведет к наименьшему количеству дифракции.

Photo by Alli Hartmann on Unsplash

Как избежать дифракции линз

У этой проблемы нет универсального решения, потому что это не оставляет места для творческой свободы в искусстве фотографии.К счастью, есть много способов избежать дифракции в фотографии, поэтому найдите решение, которое лучше всего подходит для вас.

  • Снимайте с максимальной диафрагмой вашего объектива. Обычно это на две или три ступени ниже максимальной диафрагмы, что обеспечивает наибольшую резкость. И, в свою очередь, самая низкая возможность дифракции;
  • Снимайте с широкой диафрагмой. Дифракция чаще всего происходит при узкой диафрагме, поэтому широкоугольная съемка практически устранит проблему. Однако не во всех ситуациях съемки допустима широкая диафрагма, поскольку в результате глубина резкости будет очень малой;
  • Если вам нужна большая глубина резкости, рассмотрите возможность брекетинга и совмещения фокуса для достижения максимальной резкости, а не снимайте с очень узкой диафрагмой;
  • Можно улучшить детализацию, потерянную из-за дифракции при постобработке, с помощью повышения резкости.

Заключительные мысли

Линзовая дифракция может быть очень технической и несколько запутанной темой. Тем не менее, важно знать о дифракции и понимать, как она влияет на вашу фотографию, чтобы вы могли избежать ее в те моменты, когда резкость является вашей конечной целью.

Что такое дифракция волн?

Дифракция – это внезапное изменение направления и интенсивности волн после прохождения прибрежного объекта или прибрежного препятствия.

Препятствие блокирует часть энергии волны, заставляя ее распространяться в защищенную область за препятствием.

Например, если западная или юго-западная волна достигает обращенного на юг места для прибоя с изогнутой береговой линией, энергия волн будет преломляться или изгибаться в сторону защищенной или скрытой области береговой линии.

В мире есть несколько серф-брейков, где дифракция приводит к эффектным, идеально отслаивающимся волнам, разбивающимся о линию на 100, 200, 300 ярдов и более.

Другими словами, не всегда плохо заниматься серфингом на пляже, который не обращен прямо к преобладающему углу волны.Дифракция может фактически превратить защищенную от волн береговую линию в точку разрыва мирового класса.

Волны, возникающие в результате дифракции, всегда слабее и меньше, чем до столкновения с препятствием и изгиба.

Но часто и зимой фильтрация энергии может быть полезной, особенно при сильных продолжительных подземных волнах.

«Например, большая северо-западная волна, обрушившаяся на побережье Калифорнии, ударила бы по западным районам, но южные разломы, такие как регион Санта-Крус, были бы чище и меньше из-за дифрагированной энергии», — объясняет Натан Тодд Кул. , автор «Руководства WetSand WaveCast по прогнозированию прибоя».»

Чувствительная переменная прогнозирования прибоя

Поведение дифракции и влияние, которое она оказывает на прибои, не могут быть рассчитаны с высокой точностью.

Некоторые переменные, такие как мелководье и рефракция , приливы, ветры и другие батиметрические факторы, могут снизить точность прогнозов прибоя для мест прибоя с сильным влиянием дифракции.

Однако хорошее знание разрыва может помочь улучшить прогноз.

Разница между дифракцией и преломлением заключается в том, что преломление — это изгиб волны, когда она движется и распространяется на разные глубины — дифракция нуждается в препятствии, чтобы заставить волну изгибаться.

В процессе рефракции часть фронта волны, которая распространяется над мелководьем, замедляется, а часть в глубокой воде продолжает двигаться с той же первоначальной скоростью.

Другими словами, дифракция обеспечивает естественную защиту от экстремальных штормовых волн и должна учитываться инженерами при строительстве волнорезов.

«Волнорезы уменьшают высоту волны у берега двумя способами», — подчеркивает Фредрик Райхлен, автор книги «Волны».

«Во-первых, только часть энергии направленной к морю волны передается через щель. Во-вторых, передаваемая энергия распространяется в стороны с подветренной стороны волнолома из-за дифракции.»

Дифракция на острове Мыс

— не единственный пример, где можно отчетливо наблюдать дифракцию в действии.

«Представьте, что череда волн, движущихся по океану, внезапно наталкивается на остров с крутыми склонами, возвышающийся из глубин», — отмечают Уиллард Баском и Ким Маккой, автор книги «Волны и пляжи».

«Можно было ожидать, что с подветренной стороны волны будут ниже, и лодка, ищущая более спокойной воды, заплывет за остров.»

«Но где именно лодка перестанет качать, когда войдет в более защищенную воду? Будет ли остров отбрасывать четкую «тень волны», в которой вода совершенно спокойна?»

№Волны будут проходить мимо острова, дифрагировать, и часть их энергии будет распространяться вбок в защищенную часть острова.

Другими словами, когда волны обходят край препятствия, они имеют тенденцию распространять свою энергию по дуге окружности в невозмущенные воды и терять интенсивность.

Фронт волны, не встретивший препятствия, будет двигаться с нормальной скоростью.

Однако важно подчеркнуть, что защита от дифрагированных волн связана как с формой препятствия, так и с длиной падающих волн.

«Уменьшение высоты волны, вызванное дифракцией, зависит от расстояния от берега острова до интересующего места, измеряемого в длинах волн», — заключает Райхлен.

Интересно, что явление дифракции также встречается в звуке и оптике.

Что такое дифракция света и как она возникает?- Информационный дворец

Световые волны не всегда движутся по прямой линии при прохождении вблизи барьера, вместо этого они огибают барьер и распространяются.Когда световая волна проходит через угол или через отверстие или щель, которые буквально того же размера или даже меньше, чем длина волны этого света, происходит дифракция. Это явление мы называем дифракцией света.

Что такое свет?

Свет — это электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом. Электромагнитное излучение имеет очень широкий диапазон длин волн, от гамма-лучей до радиоволн. Длины волн, видимые человеку, составляют довольно маленькую полосу в этом большом спектре, от примерно 700 нм для красного света до примерно 400 нм для фиолетового света.Области спектра, примыкающие к видимому диапазону, инфракрасные с одной стороны и ультрафиолетовые с другой, также называются светом. Скорость света в вакууме является фундаментальной физической константой с признанным значением ровно 3 x 10 90 328 8 90 329 метров в секунду.

Свойства света включают интерференцию, отражение, преломление, дифракцию и рассеяние. Свет ведет себя и как волна, и как частица. Это называется двойственной природой света. От источника до объекта (с которым свет будет взаимодействовать) свет ведет себя как волна, а когда свет взаимодействует с каким-либо материалом, он ведет себя как частица. Свет всегда движется прямолинейно.

Что такое дифракция света?

Распространение световых волн при их прохождении через отверстие или вокруг объектов называется дифракцией света. Это происходит, когда апертура или препятствие того же порядка, что и длина волны падающей волны. Основная масса волны блокируется при относительно малых размерах апертуры. Волна проходит мимо или через препятствие с небольшой дифракцией для больших апертур.

Определение дифракции света : Распространение или искривление света вокруг препятствия называется дифракцией. Дифракция происходит со звуковыми волнами и электромагнитными излучениями, такими как свет, рентгеновские лучи, гамма-лучи, и очень маленькими движущимися частицами, такими как атомы, нейтроны и электроны, которые проявляют волнообразную природу. Эффект дифракции предотвращает отбрасывание резких теней. Явление обусловлено интерференцией (при наложении волн они могут усиливать или гасить друг друга) и наиболее заметно, когда длина волны излучения сравнима с линейными размерами препятствия.

Степень изгиба определяется размером длины волны света (длиной волны) по отношению к размеру препятствия. Изгиб будет почти незаметен, если отверстие существенно больше, чем длина волны света. Однако, если оба имеют одинаковый размер, степень изгиба значительна и видна невооруженным глазом.

В чем разница между массой и весом?

Дифрагированный свет преломляется атмосферными частицами, присутствующими в атмосфере; наиболее частыми атмосферными частицами являются мелкие капельки воды, наблюдаемые в облаках.Яркие, темные полосы или цветные полосы могут быть созданы дифрагированным светом. Серебряная полоса, которая иногда появляется по краям облаков или корон вокруг солнца или луны, представляет собой оптическую иллюзию, вызванную дифракцией света.

Условия дифракции

Чтобы увидеть дифракцию света, необходимо, чтобы размер препятствия и длина волны падающего света были одного порядка. В противном случае дифракция невозможна. Например, если размер препятствия велик, а длина волны света мала, дифракции не будет.

Луч света в облаке

Когда солнечный свет сталкивается с облачной каплей или любой атмосферной частицей, световые волны изменяются и взаимодействуют так же, как взаимодействуют волны воды. Свет будет казаться ярче, если есть конструктивная интерференция. Если произойдет деструктивная интерференция, свет станет темнее или совсем исчезнет. Это явление может произойти, когда свет огибает частицы того же порядка, что и длина волны света.Дифракция солнечного света на облаках, которую часто называют серебряной подкладкой в ​​облаке, является прекрасной иллюстрацией этого свойства света.

Обычно мы наблюдаем пастельные оттенки синего, розового, фиолетового и зеленого в облаках, которые образуются, когда свет преломляется от капель воды в облаках. Величина дифракции зависит от длины волны света. Если свет имеет большую длину волны, вы будете наблюдать такие цвета, как красный и синий, а если длина волны короче, то будут видны цвета с другой стороны светового спектра. Когда световая волна, проходящая через атмосферу, сталкивается с каплей воды, она сначала преломляется на границе раздела воды и воздуха, а затем отражается, когда снова сталкивается с границей раздела. Луч, который все еще движется внутри капли воды, снова преломляется, когда он в третий раз попадает на поверхность раздела. Это последнее взаимодействие с границей раздела преломляет свет обратно в атмосферу, но также рассеивает часть света.

Когда свет сияет за расширяющейся башней кучевых облаков, у облака есть серебряная подкладка.Серебряная полоса — это яркий контур вдоль края облака, вызванный дифракцией света облачными каплями на внешней границе облака. Вокруг более плотных облаков с большим количеством капель легче увидеть серебристую обводку. Преломление солнечного света в облаках может привести к радуге цветов. Радужность облаков — название этого оптического явления. Эти оттенки можно увидеть при 20 градусах солнца, и их легче увидеть через солнцезащитные очки.

Что такое транзистор? Как это работает?

Разница между дифракцией и рассеянием

Термины «дифракция» и «рассеяние» часто используются взаимозаменяемо и считаются почти синонимами, но на самом деле оба они разные.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *