Примеры дифракции в природе. Исследование явления дифракции света

Дифракцией света называют явление отклонения света от прямолинейного распространения в среде с резкими неоднородностями, т.е. световые волны огибают препятствия, но при условии, что размеры последних сравнимы с длиной световой волны. Для красного света длина волны составляет λкр≈8∙10 -7 м, а для фиолетового — λ ф ≈4∙10 -7 м. Явление дифракции наблюдается на расстояниях l от препятствия , где D – линейный размер препятствия, λ — длина волны. Итак, для наблюдения явления дифракции необходимо выполнять определенные требования к размерам препятствий, расстояниям от препятствия до источника света, а также к мощности источника света. На рис. 1 приведены фотографии дифракционных картин от различных препятствий: а) тонкой проволочки, б) круглого отверстия, в) круглого экрана.

Рис. 1

Для решения дифракционных задач – отыскания распределения на экране интенсивностей световой волны, распространяющейся в среде с препятствиями, — применяются приближенные методы, основанные на принципах Гюйгенса и Гюйгенса-Френеля.

Принцип Гюйгенса: каждая точка S 1 , S 2 ,…,S n фронта волны AB (рис. 2) является источником новых, вторичных волн. Новое положение фронта волны A 1 B 1 через время
представляет собой огибающую поверхность вторичных волн.

Принцип Гюйгенса-Френеля: все вторичные источники S 1 , S 2 ,…,S n , расположенные на поверхности волны, когерентны между собой, т.е. имеют одинаковую длину волны и постоянную разность фаз. Амплитуда и фаза волны в любой точке М пространства является результатом интерференции волн, излучаемых вторичными источниками (рис. 3).

Рис. 2

Рис. 3

Прямолинейное распространение луча SM (рис. 3), испущенного источником S в однородной среде, объясняется принципом Гюйгенса-Френеля. Все вторичные волны, излучаемые вторичными источниками, находящимися на поверхности фронта волны АВ, гасятся в результате интерференции, кроме волн от источников, расположенных на малом участке сегмента

ab , перпендикулярно к SM. Свет распространяется вдоль узкого конуса с очень малым основанием, т.е. практически прямолинейно.

Дифракционная решетка.

На явлении дифракции основано устройство замечательного оптического прибора – дифракционной решетки. Дифракционной решеткой в оптике называется совокупность большого числа препятствий и отверстий, сосредоточенных в ограниченном пространстве, на которых происходит дифракция света.

Простейшей дифракционной решеткой является система из N одинаковых параллельных щелей в плоском непрозрачном экране. Хорошая решетка изготавливается с помощью специальной делительной машины, наносящей на специальной пластинке параллельные штрихи. Число штрихов доходит до нескольких тысяч на 1мм; общее число штрихов превышает 100000 (рис. 4).

Рис.5

Рис. 4

Если ширина прозрачных промежутков (или отражающих полос) b, а ширина непрозрачных промежутков (или рассеивающих свет полос) a , то величина d=b+a называется постоянной (периодом) дифракционной решетки (рис. 5).

По принципу Гюйгенса-Френеля каждый прозрачный промежуток (или щель) является источником когерентных вторичных волн, способных интерферировать друг с другом. Если на дифракционную решетку перпендикулярно к ней падает пучок параллельных лучей света, то под углом дифракции φ на экране Э (рис. 5), расположенном в фокальной плоскости линзы, будет наблюдаться система дифракционных максимумов и минимумов, полученная в результате интерференции света от различных щелей.

Найдем условие, при котором идущие от щелей волны усиливают друг друга. Рассмотрим для этого волны, распространяющиеся в направлении, определяемом углом φ (рис. 5). Разность хода между волнами от краев соседних щелей равна длине отрезка

DK=d∙sinφ . Если на этом отрезке укладывается целое число длин волн, то волны от всех щелей, складываясь, будут усиливать друг друга.

Главные максимумы при дифракции на решетке наблюдаются под углом φ, удовлетворяющими условию d∙sinφ=mλ , где m=0,1,2,3… называется порядком главного максимума. Величина δ=DK=d∙sinφ является оптической разностью хода между сходственными лучами BM и DN , идущими от соседних щелей.

Главные минимумы на дифракционной решетке наблюдаются под такими углами φ дифракции, для которых свет от разных частей каждой щели полностью гасится в результате интерференции. Условие главных максимумов совпадает с условием ослабления на одной щели d∙sinφ=nλ (n=1,2,3…).

Дифракционная решетка является одним из простейших достаточно точных устройств для измерения длин волн. Если период решетки известен, то определение длины волны сводится к измерению угла φ, соответствующего направлению на максимум.

Чтобы наблюдать явления, обусловленные волновой природой света, в частности, дифракцию необходимо использовать излучение, обладающее высокой когерентностью и монохроматичностью, т.е. лазерное излучение. Лазер является источником плоской электромагнитной волны.

Дифракция — это огибание волнами препятствий. В слу-чае света определение дифракции может звучать так:

Диф-ракция — это любые отклонения в распространении свето-вых волн от законов геометрической оптики, в частности это проникновение света в область геометрической тени.

Иногда используют более широкое определение:

Диф-ракцией называется совокупность явлений, которые на-блюдаются при распространении волн в среде с резкими неоднородностями.

Классический пример дифракции — прохождение сфе-рической световой волны через маленькое круглое отвер-стие, когда на экране вместо освещенного круга с четкими границами наблюдается светлый круг с размытыми грани-цами, испещренный чередующимися темными и светлыми кольцами.

Изменяя диаметр отверстия, мы увидим, что кар-тинка на экране будет меняться, в частности, в цен-тре освещенного круга будет появляться и исчезать темное пятно. Объяснение этому явлению дал Фре-нель . Он разбил волновой фронт на зоны так, что расстояния от соседних зон до точки наблюдения отличаются на полдлины волны. Тогда вторичные волны, приходящие от соседних зон, гасят друг дру-га. Поэтому если в отверстии помещается четное число зон, то в центре освещенного круга будет темное пятно, если нечетное — светлое.

Дифракционная решетка — это оптический прибор, представляющий собой пластину, на которую нанесено большое количество регулярно рас-положенных штрихов. Вместо штрихов на пластине могут быть регулярно распо-ложенные щели, или канавки, или вы-ступы.

Дифракционная картинка, получающая-ся на таких периодических структурах, имеет вид чередующихся максимумов и минимумов различной интенсивности. Материал с сайта

Дифракционные решетки используются в спектральных приборах. Их назначение — изучение спектрального состава электро-магнитного излучения. Для работы в ультра-фиолетовой области применяются решет-ки, у которых на 1 мм приходится 3600—1200 штрихов, в видимой — 1200—600 штрихов/мм, в инфракрасной — 300 и меньше штрихов/мм. Для ультракоротких рентгеновских волн дифракционную ре-шетку создала природа — это кристаллическая решетка твер-дых тел.

Волны с большей длиной дифрагируют сильнее, поэтому при прохождении препятствия красные лучи больше отклоняются от прямолинейного пути, чем синие. При падении белого света на призму лучи в результате диспер-сии отклоняются в обрат-ном порядке. Скорость света красных лучей в стекле больше, а соответ-ственно и коэффициент преломления меньше, чем синих. В результате красные лучи меньше от-клоняются от первона-чального направления.

Дифракция на двух щелях

Дифракция — явление, возникающее при распространении волн (например, световых и звуковых волн). Суть этого явления заключается в том, что волна способна огибать препятствия. Это приводит к тому, что волновое движение наблюдается в области за препятствием, куда волна не может попасть прямо. Явление объясняется интерференцией волн на краях непрозрачных объектов или неоднородностях между различными средами на пути распространения волны. Примером может быть возникновение цветных световых полос в области тени от края непрозрачного экрана.

Дифракция хорошо проявляется тогда, когда размер препятствия на пути волны сравним с ее длиной или меньше.

Дифракция акустическая — отклонение от прямолинийого распространения звуковых волн.

1. Дифракция на щели

Схема образования областей света и тени при дифракции на щели

В случае, когда волна падает на экран со щелью, она проникает воспрепятствовать благодаря дифракции, однако наблюдается отклонение от прямолинейного распространения лучей. Интерференция волн за экраном приводит к возникновению темных и светлых областей, расположение которых зависит от направления, в котором ведется наблюдение, расстоянии от экрана и т.п..

2. Дифракция в природе и технике

Дифракция звуковых волн часто наблюдается в повседневной жизни, поскольку мы слышим звуки, которые доносятся до нас из-за препятствий. Легко наблюдать огибания небольших препятствий волнами на воде.

Научные и технические использования явления дифракции — разнообразны. Дифракционные решетки служат для разложения света в спектр и для создания зеркал (например, для полупроводниковых лазеров). Дифракция рентгеновских лучей , электронов и нейтронов используется для исследования структуры кристаллических твердых тел.

Время дифракция накладывает ограничения на разрешение оптических приборов, например, микроскопов . Объекты, размеры которых меньше длины волны видимого света (400 760 нм) невозможно рассмотреть в оптический микроскоп. Похоже ограничение действует в методе литографии, который широко используется в полупроводниковой промышленности при производстве интегральных схем . Поэтому приходится использовать источники света в ультрафиолетовой области спектра.

3. Дифракция света

Явление дифракции света наглядно подтверждает теорию корпускулярно-волнового природы света.

Наблюдать дифракцию света трудно, так как волны отклоняются от помех на заметные углы лишь при условии, что размеры препятствий примерно равны длине волны света , а она очень мала.

Впервые, открыв интерференцию, Юнг выполнил опыт по дифракции света, с помощью которого были изучены длины волн, соответствующие световым лучам разного цвета. Изучение дифракции получило свое завершение в трудах О. Френеля , который и построил теорию дифракции, которая в принципе позволяет рассчитывать дифракционную картину, которая возникает вследствие огибания светом любых препятствий. Таких успехов Френель достиг, объединив принцип Гюйгенса идеей интерференции вторичных волн. Принцип Гюйгенса-Френеля формулируется так: дифракция возникает вследствие интерференции вторичных волн.

Определение 1

Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий.

В классической физике, явление дифракции описывается как интерференция волны в соответствии с принципом Гюйгенса -Френеля. Эти характерные модели поведения проявляются, когда волна встречает препятствие или щель, которая сравнима по размерам с ее длиной волны. Подобные эффекты возникают, когда световая волна проходит через среду с изменяющимся показателем преломления, или когда звуковая волна проходит через среду с изменением акустического импеданса. Дифракция происходит со всеми видами волн, в том числе звуковыми волнами, ветровыми волнами и электромагнитными волнами, а также с видимым светом, рентгеновскими лучами и радиоволнами.

Поскольку физические объекты имеют волновые свойства (на атомном уровне), дифракция происходит также с веществами и может быть изучена в соответствии с принципами квантовой механики.

Примеры

Эффекты дифракции часто встречаются в повседневной жизни. Наиболее яркими примерами дифракции являются те, которые связаны со светом; например, близко расположенные дорожки на CD или DVD дисках выступают в качестве дифракционной решетки. Дифракция в атмосфере мелких частиц может привести к яркому кольцу, которое видно возле яркого источника света, такого как солнце или луна. Спекл, который наблюдается, когда лазерный луч падает на оптически неровную поверхность, также является дифракцией. Все эти эффекты являются следствием того факта, что свет распространяется в виде волны.

Замечание 1

Дифракция может произойти с любым видом волны.

Океанские волны рассеивают вокруг пристаней и других препятствий. Звуковые волны могут преломляться вокруг объектов, поэтому можно услышать, что кто-то зовет, даже когда он прячется за деревом.

История

Эффекты дифракции света были хорошо известны во времена Гримальди Франческо Марии, который также ввел термин дифракции. Результаты, полученные, Гримальди были опубликованы посмертно в $1665 $году. Томас Юнг провел знаменитый эксперимент в $1803$ году, демонстрируя интерференцию от двух близко расположенных щелей. Объясняя свои результаты с помощью интерференции волн, исходящих от двух разных щелей, он сделал вывод, что свет должен распространяться в виде волн. Френель сделал более точные исследования и расчеты дифракции, которые были опубликованы в $1815$ г. В основу своей теории Френель использует определение света, разработанное Христианом Гюйгенсом, дополнив его идеей об интерференции вторичных волн. Экспериментальное подтверждение теории Френеля стало одним из главных доказательств волновой природы света. В настоящее время эта теория известна как принцип Гюйгенса-Френеля.

Дифракция света

Дифракция на щели

Длинная щель бесконечно малой ширины, которая освещается светом, преломляет свет в серию круговых волн и в волновой фронт, который выходит из щели и является цилиндрической волной однородной интенсивности. Щель, которая шире, чем длина волны производит эффекты интерференции в пространстве на выходе из щели. Их можно объяснить тем, что щель ведет себя так, как будто она имеет большое количество точечных источников, которые распределены равномерно по всей ширине щели. Анализ этой системы упрощается, если рассматривать свет одной длины волны. Если падающий свет является когерентным, эти все источники имеют одинаковую фазу.

Дифракционная решетка

Дифракционная решетка представляет собой оптический компонент с периодической структурой, который расщепляет и дифрагирует свет на несколько лучей, распространяющихся в разных направлениях.

Свет, дифрагированный на решетке определяется путем суммирования света, дифрагированного от каждого из элементов, и по существу является сверткой дифракционных и интерференционных картин.

Дифракция света — Физика — Презентации

Дифракция света

Характерным проявлением волновых свойств света является дифракция света —

отклонение от прямолинейного распространения

на резких неоднородностях среды

Дифракция была открыта Франческо Гримальди в конце XVII в. Объяснение явления дифракции света дано Томасом Юнгом и Огюстом Френелем, которые не только дали описание экспериментов по наблюдению явлений интерференции и дифракции света, но и объяснили свойство прямолинейности распространения света с позиций волновой теории

Биографии

Принцип Гюйгенса — Френеля

Для вывода законов отражения и преломления мы использовали принцип Гюйгенса. Френель дополнил его формулировку для объяснения явления дифракции

Определите, какое дополнение ввел Френель?

Принцип Гюйгенса:

каждая точка волновой поверхности является источником вторичных сферических волн

Принцип Гюйгенса-Френеля:

каждая точка волновой поверхности является источником вторичных сферических волн ,

которые интерферируют между собой

Дифракция от различных препятствий: а) от тонкой проволочки; б) от круглого отверстия; в) от круглого непрозрачного экрана.

Дифракционные картины от одного препятствия с разным числом открытых зон

Если разность хода от двух соседних зон равна половине длины волны , то колебания от них приходят в точку О в противоположных фазах и наблюдается интерференционный минимум , если разность хода равна длине волны , то наблюдается интерференционный максимум

Таким образом, если на препятствии укладывается целое число длин волн, то они гасят друг друга и в данной точке наблюдается минимум (темное пятно). Если нечетное число полуволн, то наблюдается максимум (светлое пятно)

Зонные пластинки

На этом принципе основаны т.н. зонные пластинки

Условия наблюдения дифракции

• Дифракция происходит на предметах любых размеров, а не только соизмеримых с длиной волны 

Условия наблюдения дифракции

• Трудности наблюдения заключаются в том, что вследствие малости длины световой волны интерференционные максимумы располагаются очень близко друг к другу, а их интенсивность быстро убывает

Границы применимости геометрической оптики

• Дифракция наблюдается хорошо на расстоянии
• Если , то дифракция невидна и получается резкая тень ( d — диаметр экрана).
• Эти соотношения определяют границы применимости геометрической оптики

Границы применимости геометрической оптики

• Если наблюдение ведется на расстоянии , где d — размер предмета, то начинают проявляться волновые свойства света

Соотношения длины волны и размера препятствия

• На рис. показана примерная зависимость результатов опыта по распространению волн в зависимости от соотношения размеров препятствия и длины волны.

Интерференционные картины от разных точек предмета перекрываются, и изображение смазывается, поэтому прибор не выделяет отдельные детали предмета. Дифракция устанавливает предел разрешающей способности любого оптического прибора

Разрешающая способность человеческого глаза приблизительно равна одной угловой минуте: , где D — диаметр зрачка; телескопа  =0 ,02 »; у микроскопа увеличение не более 2 . 10 3 раз. Можно видеть предметы, размеры которых соизмеримы с длиной световой волны

Дифракционная решетка

Дифракционные решетки, представляющие собой точную систему штрихов некоторого профиля, нанесенную на плоскую или вогнутую оптическую поверхность, применяются в спектральном приборостроении, лазерах, метрологических мерах малой длины и т. д

Дифракционная решетка

Дифракционная решетка

Дифракционная решетка

• Величина d = a + b называется постоянной (периодом) дифракционной решетки, где а — ширина щели; b — ширина непрозрачной части

Дифракционная решетка

• Угол  — угол отклонения световых волн вследствие дифракции.
• Наша задача — определить, что будет наблюдаться в произвольном направлении  — максимум или минимум

Дифракционная решетка

• Оптическая разность хода

• Из условия максимума интерференции получим:

Дифракционная решетка

• Следовательно:

— формула дифракционной решетки.

Величина k — порядок дифракционного максимума

( равен 0,  1,  2 и т.д.)

Определение  с помощью дифракционной решетки

https://www.youtube.com/watch?v=S8orh4bft0c&list=RDCMUCqKclh3n8KxqtUaBOfXsavA&index=2

Гримальди Франческо 2. IV.1618 — 28.XII.1663

Итальянский ученый. С 1651 года — священник.

Открыл дифракцию света, систематически ее изучал и сформулировал некоторые правила. Описал солнечный спектр, полученный с помощью призмы. В 1662 г. определил величину поверхности Земли.

Френель Огюст Жан (10.V.1788 — 14.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

Юнг Томас 13 .IV.1773-10.V.1829

Английский ученый. Полиглот. Научился читать в 2 года. Объяснил аккомодацию глаза, обнаружил интерференцию звука, объяснил интерференцию света, и ввел этот термин. Измерил длины волн световых лучей. Исследовал деформацию

Араго Доменик Франсуа (26. II.1786-2.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

Фраунгофер Йозеф (6.III.1787- 7.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)

Пуассон Семион Дени (21.VI.1781 — 25.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. Член Петербургской академии наук (с 1826 года)

КОНЕЦ

Интерференция и дифракция света и их техническое применение

     При считывании такой голограммы воспроизводятся  обе предметные волны, которые интерферируют. Если деформация объекта невелика (соизмерима с длиной волны), то изображение объекта будет четким, но покрытым интерференционными полосами, ширина и форма которых количественно позволяют описать деформации объекта, так как вид полос в каждой точке поверхности пропорционален изменению оптической длины пути.

     Голографическая интерферометрия применяется так  же  для обнаружения дефектов в том случае, если они (трещины, пустоты, неоднородности свойств материала, и т.п.) приводит к аномальной деформации поверхности объекта при нагружении. Деформации обнаруживаются по изменению интерференционной картины по сравнению с картиной, возникающей без дефектного образца.

     При голографическом интерференционном  неразрушающем контроле используют различные способы нагружения. Например, при механическом нагружении обнаруживаются и локализуются микротрещины длиной в несколько миллиметров, как на поверхности материала, так и в близи неё. Такие исследования проводятся, в частности, для обнаружения трещин в бетоне и наблюдении за их ростом.

     Голографическая интерферометрия используется для  изучения качества соединения в полых  конструкциях, тогда используется нагружение под давлением и вакуумное  нагружение. Деформация в дефектных  областях и, следовательно, интерференционные картины отличаются от деформации других участков конструкции.

     Часто применяется термическое нагружение. Этот метод основан на изучении поверхностных  деформаций, возникающих при изменении  температуры поверхности. В зоне дефекта искажается температурное поле, что приводит к локальному изменению деформации и, следовательно, к искажению интерференционной картины. Благодаря высокой чувствительности голографической интерферометрии, регистрируемые деформации появляются при изменении температуры объекта всего на несколько градусов по сравнению с температурой окружающей среды. 

     2. Дифракция света 

     Дифракция волн (лат. diffractus — буквально разломанный, переломанный) — прежде всего явления, наблюдаемые при прохождении волн мимо края препятствия, связанные с отклонением волн от прямолинейного распространения при взаимодействии с препятствием, также это явление можно рассматривать как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн.

     Характерной особенностью дифракционных явлений  в оптике оказывается то, что здесь, как правило, длина волны света  почти всегда много меньше размеров преград на пути световых волн. Поэтому наблюдать дифракцию света можно только на достаточно больших расстояниях от преграды. Проявление дифракции состоит в том, что распределение освещённости отличается от простой картины, предсказываемой геометрической оптикой на основе прямолинейного распространения света.

     Строгий расчёт дифракционной картины представляет собой очень сложную математическую задачу. Но в некоторых практически  важных случаях достаточно хорошее  приближение даёт упрощённый подход, основанный на использовании принципа Гюйгенса – Френеля.

     Согласно  этому принципу, световая волна, возбуждаемая каким-либо источником S, может быть представлена как результат суперпозиции когерентных вторичных волн, «излучаемых» фиктивными источниками. Такими источниками могут служить физически бесконечно малые элементы любой замкнутой поверхности, охватывающей источник S. Обычно в качестве этой поверхности, выбирают одну из волновых поверхностей, поэтому все фиктивные источники действуют синфазно. Таким образом, волны, распространяющиеся от источника, являются результатом интерференции всех когерентных вторичных волн. Френель исключил возможность возникновения обратных вторичных волн и предложил, что если между источником и точкой наблюдения находится непрозрачный экран с отверстием, то на поверхности экрана амплитуда вторичных волн равна нулю, а в отверстии – такая же, как при отсутствии экрана.

     Учёт  амплитуд и фаз вторичных волн позволяет в каждом конкретном случае найти амплитуду (интенсивность) результирующей волны в любой точке пространства, т.е. определить закономерности распространения света.

     Дифракция Френеля на круглом  отверстии:

     Сферическая волна, распространяющаяся из точечного  источника S, встречает на своём пути экран с круглым отверстием. Дифракционную картину наблюдаем на экране (Э) в точке В, лежащей на линии, соединяющей S с центром отверстия. Экран параллелен плоскости отверстия и находится от него на расстоянии b. Вид дифракционной картины зависит от числа зон Френеля, укладывающихся в отверстии. Для точки В, согласно методу зон Френеля, амплитуда результирующего колебания  A=A₁/2±A_m/2, где знак плюс соответствует нечётным т и минус – чётным т. 
 
 
 
 
 
 

       
 
 
 
 
 
 

     Рис.6

     Когда отверстие открывает нечётное число  зон Френеля, то амплитуда (интенсивность) в точке В будет больше, чем при свободном распространении волны, если чётное, то амплитуда (интенсивность) будет равна нулю. Если в отверстие укладывается одна зона Френеля, то в точке В амплитуда A=A₁, т. е. вдвое больше, чем в отсутствии непрозрачного экрана с отверстием (интенсивность света больше соответственно в четыре раза). Если в отверстие укладывается две зоны Френеля, то их действия в точке В практически уничтожат друг друга из-за интерференции. Таким образом, дифракционная картина от круглого отверстия вблизи точки В будет иметь вид чередующихся тёмных и светлых колец с центрами в точке В (если т чётное, то в центре будет тёмное кольцо, если т нечётное – светлое кольцо), причём интенсивность максимумов убывает с расстоянием от центра картины.

     Расчёт амплитуды результирующего колебания на внеосевых участках экрана более сложен, так как соответствующие им зоны Френеля частично перекрываются непрозрачным экраном. Если отверстие освещается не монохроматическим, а белым светом, то кольца окрашены (число зон Френеля, укладывающихся в отверстии, зависит от λ).

     Дифракция Френеля на диске. Сферическая волна, распространяющаяся от точечного источника S, встречает на своём пути диск. Дифракционную картину наблюдаем на экране (Э) в точке В, лежащей на линии, соединяющей S с центром диска. В данном случае закрытый диском участок фронта волны надо исключить из рассмотрения и зоны Френеля строить начиная с краёв диска. 
 
 
 
 

       
 
 
 
 
 

        
 

     Рис.7

     Пусть диск закрывает т первых зон Френеля. Тогда амплитуда результирующего колебания в точке В равна 

     A=A_m+1 – A_m+2 + A_m+3 -…= A_m+1 /2+(A_m+1 /2 – A_m+2 +A_m+3 /2)+…, или      A=A_m+1 /2, так как выражения, стоящие в скобках, равны нулю. Следовательно, в точке В всегда наблюдается интерференционный максимум (светлое пятно), соответствующий половине действия первой открытой зоны Френеля. Центральный максимум окружён концентрическими с ним тёмными и светлыми кольцами, а интенсивность максимумов убывает с расстоянием от центра картины. 

Дифракционная решетка 

     Дифракция света используется в спектральных приборах. Одним из основных элементов во многих спектральных приборах является дифракционная решетка. Обычно применяются отражательные решетки, но я рассмотрю принцип действия решетки, представляющей собой непрозрачную пластину с нанесенной на неё системой параллельных непрозрачных полос, расположенных на одинаковом расстоянии d друг от друга.

     Пусть на решетку падает монохроматическая  волна с плоским волновым фронтом (Поверхность, на которой все точки  колеблются в одинаковой фазе, называется волновой поверхностью или волновым фронтом. ). В результате дифракции из каждой щели свет распространяется не только в первоначальном направлении, но и по всем другим направлениям.

     Если  за решеткой поставить собирающую линзу, то на экране в фокальной плоскости параллельные лучи от всех щелей соберутся в одну полоску. Параллельные лучи, идущие от краев соседних щелей, имеют разность хода: ⌂l =d *sin ɸ, где d – расстояние между соответствующими краями соседних щелей, называемое периодом решетки; ɸ — угол отклонения световых лучей от перпендикуляра к плоскости решетки. При равенстве разности хода ⌂l целому числу длин волн d *sin ɸ = κ *λ (λ — длина волны падающего света) наблюдается интерференционный максимум света. Линза не вносит разности хода. Как следует из последнего уравнения, условие интерференционного максимума для каждой световой волны выполняется при своем значении угла дифракции ɸ. В результате при похождении через дифракционную решетку пучок белого света разлагается в спектр.

     Угол  дифракции имеет наибольшее значение для красного света, так как длина волны красного света больше всех остальных в области видимого света. Наименьшее значение угол дифракции ɸ имеет для фиолетового света.

     Исследования  И. Ньютона

     Ньютон  обратился к исследованию цветов, наблюдаемых при преломлении света, в связи с попытками усовершенствования телескопов. Стремясь получить линзы возможно лучшего качества, Ньютон убедился, что главным недостатком изображений является наличие окрашенных краёв. Исследуя окрашивание при преломлении, Ньютон сделал свои величайшие оптические открытия.

      Сущность открытий Ньютона поясняется следующими опытами (рис.2) свет от фонаря освещает узкое отверстие S (щель). При  помощи линзы L изображение щели получается на экране MN в виде короткого белого прямоугольника S`. Поместив на пути призму P, ребро которой параллельно щели, обнаружим, что изображение щели сместится и превратится в окрашенную полоску, переходы цветов, в которой от красного к фиолетовому подобны наблюдаемым в радуге. Это радужное изображение Ньютон назвал спектром.

     Если  прикрыть щель цветным стеклом, т.е. если направлять на призму вместо белого света цветной, изображение щели сведется к цветному прямоугольнику, располагающему на соответствующем  месте спектра, т.е. в зависимости  от цвета свет будет отклоняться на различные углы от первоначального изображения S`. Описанное наблюдения показывает, что лучи разного цвета различно преломляются призмой.

     Это важное заключение Ньютон проверил многими  опытами. Важнейший из них состоял  в определении и показателя преломления лучей различного цвета, выделенных из спектра. Для этой цели в экране MN , на котором получается спектр, прорезалось отверстие; перемещая экран, можно было выпустить через отверстие узкий пучок лучей того или иного цвета. Такой способ выделения однородных лучей более совершенен, чем выделение при помощи цветного стекла. Опыты обнаружили, что такой выделенный пучок, преломляясь во второй призме, уже не растягивает полоску. Такому пучку соответствует определенный показатель преломления, значение которого зависит от цвета выделенного пучка.

     Описанные опыты показывают, что для узкого цветного пучка, выделенного из спектра, показатель преломления имеет вполне определенное значение, тогда как  преломление белого света можно  только приблизительно охарактеризовать одним каким то значением этого показателя. Сопоставляя подобные наблюдения, Ньютон сделал вывод, что существуют простые цвета, не разлагающиеся при прохождении через призму, и сложные, представляющие совокупность простых, имеющих разные показатели преломления. В частности, солнечный свет есть такая совокупность цветов, которая при помощи призмы разлагается, давая спектральное изображение щели.

     Таким образом, в основных опытах Ньютона  заключались два важных открытия:

     1)Свет  различного цвета характеризуется различными показателями преломления в данном веществе (дисперсия).

     2)Белый  цвет есть совокупность простых  цветов.

Дифракционная решетка. Принцип действия дифракционной решетки :: SYL.ru

Бант — тренд весны 2022: как делать с ним элегантные женские прически

Насыщенный зелёный цвет: осенние варианты моделей тренча на любой вкус

Модная, но многим уже надоела: способы стильной укладки отрастающей челки

Легко ухаживать и выглядит стильно: как носить культовую стрижку Вайноны Райдер

Волосы будут выглядеть пышнее: 10 коротких трендовых стрижек для тонких волос

Самые трендовые стрижки весны 2022: что в моде, как выбрать

Зависит от сорта: сколько тыкв вырастает на одной плети

Освежают образ: 10 идей коротких стрижек с челкой, которые идут почти всем

Эффектный гладкий зачес: 9 оригинальных и легких в исполнении причесок на осень

Трендовые оттенки волос на осень для женщин с желтоватой кожей: советы по выбору

Автор Надежда Маклакова April 12, 2015

Не секрет, что наряду с осязаемой материей нас окружают и волновые поля со своими процессами и законами. Это могут быть и электромагнитные, и звуковые, и световые колебания, которые неразрывно связаны с видимым миром, взаимодействуют с ним и влияют на него. Такие процессы и воздействия издавна изучались разными учеными, выведшими основные законы, актуальные и по сей день. Одной из широко применяемых форм взаимодействия материи и волны является дифракция, изучение которой привело к возникновению такого устройства, как дифракционная решетка, получившего широкое применение и в приборах для дальнейшего исследования волнового излучения, и в быту.

Понятие дифракции

Дифракцией называют процесс огибания световыми, звуковыми и прочими волнами какого-либо препятствия, встретившегося на их пути. Более обобщенно этим термином можно назвать любое отклонение распространения волн от законов геометрической оптики, происходящее вблизи препятствий. За счет явления дифракции волны попадают в область геометрической тени, огибают препятствия, проникают сквозь маленькие отверстия в экранах и прочем. К примеру, можно хорошо услышать звук, находясь за углом дома, в результате того, что звуковая волна огибает его. Дифракция световых лучей проявляется в том, что область тени не соответствует пропускному отверстию или имеющемуся препятствию. Именно на этом явлении основан принцип действия дифракционной решетки. Поэтому исследование данных понятий неотделимо друг от друга.

Понятие дифракционной решетки

Дифракционная решетка является оптическим изделием, представляющим собой периодическую структуру, состоящую из большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками.

Другой вариант этого устройства — совокупность параллельных микроскопических штрихов, имеющих одинаковую форму, нанесенных на вогнутую или плоскую оптическую поверхность с одинаковым заданным шагом. При падении на решетку световых волн происходит процесс перераспределения волнового фронта в пространстве, что обусловлено явлением дифракции. То есть белый свет разлагается на отдельные волны, имеющие различную длину, что зависит от спектральных характеристик дифракционной решетки. Чаще всего для работы с видимым диапазоном спектра (с длиной волн 390-780 нм) используют устройства, имеющие от 300 до 1600 штрихов на один миллиметр. На практике решетка выглядит как плоская стеклянная или металлическая поверхность с нанесенными с определенным интервалом шероховатыми бороздками (штрихами), не пропускающими свет. С помощью стеклянных решеток наблюдения ведут и в проходящем, и в отраженном свете, с помощью металлических – только в отраженном.

Виды решёток

Как уже было сказано, по применяемому при изготовлении материалу и особенностям использования выделяют дифракционные решетки отражательные и прозрачные. К первым относятся устройства, представляющие собой металлическую зеркальную поверхность с нанесенными штрихами, которые применяют для наблюдений в отраженном свете. В прозрачных решетках штрихи наносят на специальную оптическую, пропускающую лучи поверхность (плоскую или вогнутую), или же вырезаются узкие щели в непрозрачном материале. Исследования при применении таких устройств проводят в проходящем свете. Примером грубой дифракционной решетки в природе можно считать ресницы. Смотря сквозь прищуренные веки, можно в какой-то момент увидеть спектральные линии.

Принцип действия

Работа дифракционной решетки основана на явлении дифракции световой волны, которая, проходя через систему прозрачных и непрозрачных областей, разбивается на обособленные пучки когерентного света. Они претерпевают дифракцию на штрихах. И при этом интерферируют друг с другом. Каждая длина волны имеет свою величину угла дифракции, поэтому происходит разложение белого света в спектр.

Разрешающая способность дифракционной решетки

Являясь оптическим устройством, применяемым в спектральных приборах, она обладает рядом характеристик, определяющих ее использование. Одно из таких свойств — разрешающая способность, заключающаяся в возможности раздельного наблюдения двух спектральных линий, обладающих близкой длиной волн. Повышения этой характеристики добиваются увеличением общего количества штрихов, имеющихся в дифракционной решетке.

В хорошем устройстве число штрихов на один миллиметр достигает 500, то есть при общей длине решетки 100 миллиметров полное количество штрихов составит 50 000. Такая цифра поможет добиться более узких интерференционных максимумов, что позволит выделить близкие спектральные линии.

Применение дифракционных решеток

С помощью данного оптического устройства можно точно определить длину волны, поэтому его применяют как диспергирующий элемент в спектральных приборах различного назначения. Дифракционная решетка применяется для выделения монохроматического света (в монохроматорах, спектрофотометрах и других), в качестве оптического датчика линейных или угловых перемещений (так называемая измерительная решетка), в поляризаторах и оптических фильтрах, в качестве делителя пучков излучения в интерферометре, а также в антибликовых очках.

В быту довольно часто можно столкнуться с примерами дифракционных решеток. Простейшей из отражательных можно считать нарезку компакт-дисков, так как на их поверхность по спирали нанесена дорожка с шагом 1,6 мкм между витками. Третья часть ширины (0,5 мкм) такой дорожки приходится на углубление (где содержится записанная информация), рассеивающее падающий свет, а около двух третей (1,1 мкм) занимает нетронутая подложка, способная отражать лучи. Следовательно, компакт-диск является отражательной дифракционной решеткой с периодом 1,6 мкм. Другим примером такого устройства являются голограммы различного вида и направления применения.

Изготовление

Для получения качественной дифракционной решетки необходимо соблюдать очень высокую точность изготовления. Ошибка при нанесении хоть одного штриха или щели приводит к моментальной выбраковке изделия. Для процесса изготовления применяется особая делительная машина с алмазными резцами, крепящаяся к специальному массивному фундаменту. До начала процесса нарезки решетки это оборудование должно проработать от 5 до 20 часов в холостом режиме, чтобы стабилизировать все узлы. Изготовление одной дифракционной решетки занимает почти 7 суток. Несмотря на то что нанесение каждого штриха происходит всего лишь за 3 секунды. Решетки при таком изготовлении обладают равноотстающими друг от друга параллельными штрихами, форма сечения которых зависит от профиля алмазного резца.

Современные дифракционные решетки для спектральных приборов

В настоящее время получила распространение новая технология их изготовления с помощью образования на особых светочувствительных материалах, называемых фоторезистами, интерференционной картины, получаемой от излучения лазеров. В результате выпускается продукция с голографическим эффектом. Наносить штрихи подобным образом можно на ровную поверхность, получая плоскую дифракционную решетку или вогнутую сферическую, что даст вогнутое устройство, имеющее фокусирующее действие. В конструкции современных спектральных приборов применяются и те и другие.

Таким образом, явление дифракции распространено в повседневной жизни повсеместно. Это обуславливает широкое применение такого основанного на данном процессе устройства, как дифракционная решетка. Она может как стать частью научно-исследовательского оборудования, так и встретиться в быту, например, в качестве основы голографической продукции.

Похожие статьи

• Волновые эффекты: дифракция света
• Применение интерференции света
• Полупроводниковые лазеры: виды и принцип работы
• Каковы условия максимума и минимума интерференции?
• Поляризованный и естественный свет: понятие, отличия, законы
• Что такое цвет? Значение слова, названия цветов
• Острота зрения. Системы и правила определения остроты зрения

Также читайте

Спектральные приборы.

Дифракционная решетка Определение 1

В состав видимого спектра света включены монохроматические волны с различными длинами. В излучении нагретых объектов (к примеру, нити лампы накаливания) длины волн беспрерывно заполняют весь диапазон видимого света. Данное излучение называют белым светом.

Свет, излучаемый, например, газоразрядными лампами или одним из множества других подобных им приборами, включает в свой состав отдельные монохроматические составляющие с некоторыми выделенными значениями длин волн.

Определение 2

Комплекс монохроматических компонент в излучении называется спектром.

Белый свет имеет непрерывный спектр, излучение источников, в которых он испускается атомами вещества, и дискретный спектр.

Определение 3

Спектральные приборы – это устройства, с помощью которых изучаются спектры излучения источников.

Для разложения излучения в спектр в простейшем спектральном приборе используется призма избраженная на картинке 3. 10.1.

Определение 4

Действие призмы базируется на таком явлении, как дисперсия, то есть на привязанности показателя преломления n вещества к длине волны света λ.

Рисунок 3.10.1.Разложение излучения в спектр с помощью призмы.

Определение 5

Щель S, на которую падает рассматриваемое излучение, располагается в фокальной плоскости линзы Л1. Этот элемент прибора называется коллиматором.

Выходя из линзы, параллельный пучок света падает на призму P. По причине дисперсии, свет различных длин волн излучается из призмы под разнящимися углами. В фокальной плоскости линзы Л2 устанавливают экран или фотопластинку, для фокусировки места излучения. Таким образом, в разных частях экрана появляется проекция входной щели S в свете различных длин волн.

Определение 6

У любого прозрачного твердого вещества (стекло, кварц), из которого изготавливаются призмы, показатель преломления n в диапазоне видимого света уменьшается с возрастанием длины волны λ, из-за чего призма наиболее сильно отклоняет, от их изначального направления, синие и фиолетовые лучи, а красные – наименее. Убывающая без ускорения зависимость n (λ) носит название нормальной дисперсии.

Первый опыт по разложению белого света в спектр осуществил известный физик И. Ньютон в 1672 году.

Дифракционные решетки

Определение 7

В спектральных приборах, относящихся к высокому классу точности, место призм занимают дифракционные решетки. Они представляют из себя периодические конструкции, которые гравируют, посредством использования особой делительной машины, на поверхности стеклянной или металлической пластинки (рис. 3.10.2).

У качественных решеток штрихи, параллельные друг другу, имеют длину около 10 см, где на каждый миллиметр решетки приходится до 2000 штрихов. Причем, общая длина решетки может достигать 10–15 см. Создание подобных решеток требует применения технологий самого высокого класса. Практически используются и более грубые версии решетки с 50 – 100 штрихами на миллиметр, которые нанесены на поверхность прозрачной пленки. В роли дифракционной решетки может применяться небольшая часть компакт-диска или даже осколок граммофонной пластинки.

Рисунок 3.10.2. Дифракционная решетка.

Самый простой тип дифракционной решетки производится из прозрачных участков, то есть щелей, которые разделены непрозрачными промежутками. С помощью коллиматора, на решетку направляется параллельный пучок исследуемого света. Наблюдение проводится в фокальной плоскости линзы, установленной за плоскостью решетки (рис. 3.10.3).

Рисунок 3.10.3. Дифракция света на решетке.

В каждой точке P на экране в фокальной плоскости линзы сходятся лучи, который до линзы являлись параллельными между собой и расходились под некоторым углом θ к направлению падающей волны.

Интерференция волн

Определение 8

Колебание в точке P представляют собой следствие интерференции вторичных волн, которые сходятся в эту точку от разных щелей.

Для того, чтобы в точке P прослеживался интерференционный максимум, разность хода Δ между волнами, который испускают соседние щели, должна быть эквивалентной целому числу длин волн:

∆=d sin θm=mλ (m=0, ±1, ±2,. ..).

Где d – это период дифракционной решетки, а m – целое число, носящее название порядка дифракционного максимума. В точках экрана, для которых это условие выполнено, расположены главные максимумы дифракционной картины.

В фокальной плоскости линзы, расстояние ym между максимумами нулевого порядка (m=0) и m-го порядка при сравнительно малых углах дифракции равняется:

γm=mλαF,

где F – фокусное расстояние.

Определение 9

Также следует обратить внимание на то, что в каждой точке фокальной плоскости линзы, имеет место интерференция N волн, которые приходят в эту точку от N щелей решетки. Данный феномен является так называемой многоволновой или же «многолучевой» интерференцией.

Распространение световой энергии в плоскости наблюдения значительно отличается от того, которое выходит в обыкновенных «двухлучевых» интерференционных схемах. В главные максимумы все волны приходят в фазе, из-за чего амплитуда колебаний увеличивается в N раз, а интенсивность в N2 раз, относительно колебания, которое провоцирует волна только от одной конкретной щели.

В условиях смещения из главных максимумов, стремительно теряется интенсивность колебаний. Для того, чтобы N волн погасили друг друга, значение разности фаз должно измениться на 2π N, а не на π, как в случае интерференции двух волн.

На рис. 3.10.4 можно увидеть векторную диаграмму колебаний, возбуждаемых волнами от всех N щелей, если сдвиг фаз волн от соседних щелей равен 2π N, а соответствующая разность хода равна отношению λN.

Векторы, иллюстрирующие N колебаний, в данной ситуации формируют замкнутый многоугольник. Следовательно, при переходе из главного максимума в соседний минимум, разность хода Δ=d sin θ смениться на λN. Исходя из данного условия, справедливым будет оценить угловую полуширину δθ главных максимумов:

δ∆=δ(d sin θ)=d cos θ δθ≈d·δθ=λN.

Здесь, дифракционные углы считаются достаточно малыми. Таким образом,

δθ=λNd.

Где Nd – это полный размер решетки. Данное выражение находится в полной симметрии с теорией дифракции в параллельных лучах. Согласно этой теории, дифракционная расходимость параллельного пучка лучей эквивалентна отношению длины волны λ к поперечному размеру препятствия.

Рисунок 3.10.4. Сложение колебаний в максимуме и минимуме интерференционной картины: a – интерференция двух волн, b – интерференция N волн (N=8).

Из описанного выше, можно сделать однозначный вывод: при дифракции света на решетке главные максимумы крайне узки. Рис. 3.10.5 иллюстрирует изменение остроты главных максимумов при возрастании количества щелей решетки.

Рисунок 3.10.5. Распределение интенсивности при дифракции монохроматического света на решетках с различным числом щелей. I0 – интенсивность колебаний при дифракции света на одной щели.

Исходя из формулы дифракционной решетки, мы можем заявить, что положение главных максимумов, кроме нулевого, зависит от длины волны λ. По этой причине решетка может разбивать излучение в спектр. Следовательно, она является спектральным прибором. В случае, если на решетку попадает не монохроматическое излучение, то в каждом порядке дифракции, а именно при каждом значении m, проявляется спектр исследуемого излучения.

Также стоит обратить внимание на то, что фиолетовая часть спектра расположена ближе к максимуму нулевого порядка. На рис. 3.10.6 для белого света проиллюстрированы спектры различных порядков. Максимум нулевого порядка остается неокрашенным.

Рисунок 3.10.6. Разложение белого света в спектр с помощью дифракционной решетки.

Используя дифракционную решетку, мы получаем возможность производить крайне точные измерения длины волны. При условии, что период d решетки известен, нахождение искомой величины (длины) приводится к измерению угла θm, соответствующего направлению на выбранной линии в спектре m-го порядка. На практике, чаще всего применяются спектры 1-го или 2-го порядков.

Решетка в любом спектральном порядке (кроме m=0) имеет возможность отсоединить одну волну от другой в случае, если в спектре изучаемого излучения есть две спектральные линии, обладающие длинами волн λ1 и λ2.

Определение 10

Разрешающая способность дифракционной решетки — это одна из основных ее характеристик. Ей характеризуется возможность разделения при использовании решетки двух близких спектральных линий с длинами волн λ и λ+Δλ.

Спектральная разрешающая способность R является отношением длины волны λ к минимальному реальному значению Δλ, то есть: R=λ∆λ

Волновая природа света

Волновая природа света определяет разрешающую способность спектральных приборов, в частности, дифракционной решетки, так же от нее зависит предельное разрешение различных оптических инструментов, которые создают изображение объектов, таких как телескоп, микроскоп и др.

Определение 11

Считается, что если главный максимум для длины волны λ+Δλ отступает от главного максимума для длины волны λ не менее, чем на полуширину главного максимума, т. е. на δθ=λNd, то две ближайшие линии в спектре m-го порядка различимы. Вывод выше является критерием Релея, примененным к спектральному прибору.

Из формулы решетки следует:

dd·cosθ·∆θ=m∆λ или ∆θ=mδ cos θ∆λ≈md∆λ

Где Δθ является угловым расстоянием между двумя главными максимумами в спектре m-го порядка для двух близких спектральных линий с разницей длин волн Δλ. Для упрощения, углы дифракции предполагаются незначительно малыми (cos θ ≈ 1). Уравнивая Δθ и δθ, получаем оценку разрешающей силы решетки:

λNd=md∆λ или R=λ∆λ=mN.

Определение 12

Из описанного выше следует, что предельное разрешение дифракционной решетки может зависеть только от порядка спектра m и от количества периодов решетки N.

Пример 1

Пускай период решетки d=10–3 мм, а ее длина L=10 см.

Решение

В таком случае, N=105.

Исходя из данных показателей, можно с уверенностью сказать, что это хорошая решетка. В спектре 2-го порядка разрешающая способность решетки равна R=2·105. Это указывает на то, что минимально разрешенный диапазон длин волн в зеленой части спектра (т.е. при λ=550 нм) равен Δλ =λ R≈ 2,8·10–3 нм, а предельное разрешение решетки с d = 10–2 м и L = 2 см было бы равным Δλ=1,4·10–1 нм.

Рисунок 3.10.7.  Модель дифракционной решетки.

Решение задач от 1 дня / от 150 р. Курсовая работа от 5 дней / от 1800 р. Реферат от 1 дня / от 700 р.

Дифракционная решетка: как это работает

21 марта 2019

Ростех

Изучение одного из самых распространенных физических явлений – дифракции – привело к возникновению такого устройства, как дифракционная решетка.

Фото: РостехРостех

В России крупнейший производитель дифракционной оптики – «Швабе» Госкорпорации Ростех. Дифракционные решетки холдинга сегодня функционируют во многих оптических приборах, и не только у нас в стране, но и за рубежом.

Видео дня

Дифракционная решетка: как увидеть радугу

Дифракционная решетка – это оптический прибор, представляющий собой поверхность, на которую нанесено большое число параллельных, равноотстоящих друг от друга микроскопических штрихов (щелей или выступов). Уже из самого названия прибора понятно, что он работает по принципу дифракции света – явления отклонения света от прямолинейного распространения при встрече с препятствием.

У электромагнитных волн, составляющих свет, разный эффект интерференции, или по-простому способности огибать препятствия. Проходя через дифракционную решетку, световые волны огибают препятствия решетки (штрихи, щели или выступы) с разным углом отклонения. Для каждой длины волны существует свой угол дифракции, и белый свет раскладывается штрихами решетки в спектр, то есть в радугу. Кстати, эффект радуги основан на таком же принципе, только в роли решетки – капельки воды.

В природе можно обнаружить и множество других естественных дифракционных решеток. Примером грубой дифракционной решетки можно считать ресницы. Смотря на свет сквозь прищуренные веки, можно в какой-то момент увидеть спектральные линии. А физик Джеймс Грегори, который впервые применил дифракционную решетку, использовал в этом качестве птичье перо. Благодаря очень тонкой структуре через перо можно пропустить солнечный свет и увидеть его разложение на спектр.

Изготовление: 3600 штрихов на миллиметр

Сегодня дифракционную решетку можно сделать самому из более современных материалов, например DVD-диска. Шаг между штрихами такой решетки составляет 0,74 мкм. Это намного более впечатляющий результат по сравнению с самой первой искусственной дифракционной решеткой в мире, которая появилась в 1875 году: она состояла из 50 натянутых волосков с расстоянием между ними в 250 мкм.

Число штрихов современной дифракционной решетки может доходить до 3600 на один миллиметр, и процесс изготовления такого устройства требует очень высокой точности. Если хоть одна щель из множества будет нанесена с ошибкой, то решетка будет забракована. Нарезание решетки длится до 7 суток, хотя время нанесения штриха составляет 3 секунды.

Существуют два вида дифракционных решеток: прозрачные и отражательные. Прозрачная решетка – это стеклянная тонкая пластинка или пластинка из прозрачного пластика, на которую нанесены штрихи. Штрихи дифракционной решетки являются препятствием для света, через них он не может пройти. Оставшиеся между штрихами прозрачные зазоры играют роль щелей. При выполнении лабораторных работ чаще используют этот вид решеток.

Отражательная решетка – это металлическая или пластиковая отполированная пластинка, на которую вместо штрихов нанесены бороздки определенной глубины. Такие решетки часто используют при анализе спектров излучения. Вышеупомянутый DVD-диск – яркий пример этого вида дифракционной решетки: расположив его перед глазом, можно найти на нем спектр.

Практическое применение: от ДНК до далекой звезды

Дифракционные решетки широко применяются в различных оптических устройствах: спектральных приборах для получения монохроматического света (монохроматоры, спектрофотометры и др.), в качестве оптических датчиков линейных и угловых перемещений, для поляризаторов и оптических фильтров и даже в так называемых антибликовых очках.

Дифракционные решетки нашли свое применение во многих научных исследованиях. Например, этот прибор лег в основу рентгеноструктурного анализа – самого распространенного метода определения структуры вещества. Этот способ заключается в измерении параметров кристаллической решетки посредством дифракции рентгеновских лучей. То есть в данном случае дифракционная решетка используется не для определения длины волны света, а для обратной задачи – нахождения по длине волны постоянной решетки (расстояния между штрихами).

В настоящее время широко используют рентгеноструктурный анализ биологических молекул и систем. Так, например, по данным, полученным этим методом, из нескольких возможных химических формул пенициллина была выбрана одна. В свое время этим методом были с успехом исследованы такие высокополимерные соединения, как каучук, целлюлоза, многие полиамиды и т.д. Именно с помощью рентгеноструктурного анализа американец Джеймс Уотсон и англичанин Френсис Крик установили структуру молекулы ДНК (двойная спираль), за что и были удостоены в 1962 году Нобелевской премии.

Сегодня изделия дифракционной оптики применяются для научных исследований в области экологии. Например, в составе гиперспектральных камер для оценки качества воздуха. С их помощью определяют состав и состояние объекта съемки, фиксируя спектральные характеристики каждого пикселя на изображении.

Государственный институт прикладной оптики (ГИПО) холдинга «Швабе» – крупнейший производитель дифракционной оптики в России – поставляет для этих целей решетки и за рубеж. Только за прошлый год было поставлено более 400 изделий в Германию, Ирландию, Норвегию, Словакию и другие страны.

Дифракционная решетка шагнула и далеко за пределы Земли. С ее помощью, например, можно узнать химический состав далеких звезд. Свет, идущий от звезды, собирают зеркалами и направляют на решетку. Таким образом можно узнать все длины волн спектра, а значит, и химические элементы, которые их излучают.

Другое,Джеймс Грегори,Джеймс Уотсон,Швабе,Ростех,

8 Применение и примеры дифракции в реальной жизни – Студент Баба

Что ж, все мы любим радугу после дождя, все мы знаем, что свет играет ключевую роль в формировании радуги и в свете есть много вещей, о которых вы, возможно, не знаете. известно, и одним из таких явлений является дифракция. Это простое явление, но все же важное.

Возможно, вы видели некоторые из реальных примеров дифракции в своей жизни, но из-за отсутствия надлежащих знаний о них вы, возможно, не смогли их распознать.

Примеры и применение дифракции в реальной жизни: 

1. Компакт-диск, отражающий цвета радуги
2. Голограммы
3. Солнце кажется красным во время заката
4. Из тени объекта
5. Преломление света по углам двери
6. Спектрометр
7. Рентгеновская дифракция
8. Для разделения белого света

Чтобы знать, как происходит дифракция, читайте далее в примерах, упомянутых выше.

Содержание

Прежде чем понять, как происходит дифракция в реальных примерах, давайте сначала узнаем о дифракции.

Что такое дифракция?

Огни ведут себя как волны. Если световые волны сталкиваются с препятствиями или щелью с небольшим зазором, волны начинают распространяться из этого зазора. Этот зазор или дифрагирующая апертура становится вторичным источником распространяющейся волны.

Щель в препятствиях ведет себя как вторичный источник волны, потому что свет огибает угол или препятствие, и это явление волны называется дифракцией.

Явления дифракции описываются из принципа Гюйгенса-Френеля. Согласно этому принципу каждая точка волны ведет себя как источник.

Возможно, вы слышали об интерференции, и это похоже на дифракцию, но подождите, не путайте их обоих.

Дифракция и интерференция тесно связаны, но оба они не имеют точного значения. Дифракция, как правило, используется, когда имеется много источников волн, а интерференция используется, когда рассматривается только несколько источников волн.

Этот эффект также возникает, когда световые волны проходят через среду с другим показателем преломления . Все виды волн, такие как волны воды, гравитационные волны и электромагнитные волны, все волны спектра, такие как радиоволны, рентгеновские лучи, гамма-лучи и т. д.

Теперь вы знаете о дифракции и давайте познакомимся с некоторыми реальными примерами и применением дифракции.

Примеры и применения дифракции:

Много раз вы могли видеть дифракцию в своей жизни, но проблема в том, что мы можем не замечать эти маленькие вещи, которые создаются благодаря некоторым из самых интересных явлений науки, а дифракция является одним из их.

1. CD, отражающий цвета радуги:

Итак, почти все вы видели радугу в дождливые дни. Итак, радуга образуется из-за того, что капли воды в атмосфере разделяют белый свет на разные цвета радуги. Компакт-диск (CD) также напоминает такие же цвета, если смотреть под разными углами.

Записанные на CD данные хранятся в микроскопических ямках разной длины, несущих информацию на CD. Эти ямы располагаются в ряд одинаковой ширины и на равном расстоянии. Это формирует дифракционную решетку на поверхности зеркала компакт-диска.

P.s. — Микроскопические ямки означают, что данные на компакт-диске хранятся в двоичном формате (1 или 0) внутри компакт-диска.

2. Голограммы:

Итак, что приходит вам в голову, когда вы слышите слово «голограмма», это звучит круто для меня, и это явление довольно крутое. Проекция голограммы также является примером дифракции, и вы, возможно, видели ее. Итак, давайте разберемся в соотношении между дифракцией и голограммы.

Теперь вам может быть интересно, как дифракция связана с проекцией голограмм?

Ну, голограммы — это в основном устойчивые фотографии света, но свет распространяется с очень высокой скоростью, и поэтому почти невозможно щелкнуть по устойчивой фотографии света в голограмме.

Вы все знаете, что всякий раз, когда вы пытаетесь щелкнуть фотографию с помощью своего смартфона, если вы находитесь в движении во время фотосессии, изображение будет размытым, потому что камера не может щелкнуть устойчивую фотографию, когда вы двигаетесь.

В данном случае речь идет о свете, который движется со скоростью 299 792 458 м/с. Так что почти невозможно щелкнуть фотографию света, но подождите, мы все видели голограммы, и, как мы обсуждали ранее, голограммы — это устойчивые трехмерные фотографии света.

Итак, вот явление дифракции, которое используется для создания голограмм. Вы все знаете, что когда мы бросаем камень в стоячую воду, это вызывает волнение в воде, и она образует волны. Теперь представьте, что если вы бросите два камня, они создадут две разные волны, пересекающие путь друг друга. Эта волна называется интерференционная волна. Так что же такого особенного в этой интерференционной волне?

Ну, когда эти волны пересекают путь друг друга, они создают s касательную волну. Эта стоячая волна может стоять на месте и поэтому ее можно фотографировать.

Поскольку свет распространяется в форме волны, мы можем использовать две разные световые волны и создать стоячую волну, которую можно сфотографировать. Это то, что мы назвали голограммой.

3. Солнце кажется красным во время заката:

Это факт, что мы все видели закат и рассвет, но задумывались ли вы когда-нибудь об этом? Красноватый оттенок солнца во время заката или восхода солнца обусловлен дифракцией.

Ну, я думаю, никто из вас не знает, что красноватый оттенок заката связан с дифракцией, хотя вы все видели закат и восход солнца почти каждый день, если только вы не ленивы, как я, который просыпается днем ​​🙂

Куда ведет дифракция место на закате? W элл, солнце кажется красным, потому что свет дифрагирует из-за частиц пыли в атмосфере.

Дифракция закатного света сквозь деревья

Итак, как вы можете видеть на изображении, свет от заката имеет красноватый оттенок. Здесь следует отметить, что свет, проходящий через солнце, также является примером дифракции, потому что деревья действуют как препятствия на пути солнечных волн.

4. Из тени объекта:

Свет сквозь тень объекта также является реальным примером дифракции. Вы все видели, когда за объектом находится яркий свет. Наш объект кажется тенью, и это пример дифракции. Подобные сцены я видел в основном в фильмах, особенно в фильмах ужасов.

Здесь какой бы объект мы ни говорили, он действует как препятствие для световой волны, и поэтому световые волны изгибаются по краям объекта. Это причина того, что наш объект выглядит черным.

Свет сзади преломляется, потому что объект действует как препятствие на пути световых волн.

5. Преломление света в углах двери:

Когда вы выключаете свет в своей комнате в своем доме, а свет горит в другой комнате. Вы определенно заметили, как в вашу темную комнату проникает свет, но что, если мы закроем или слегка пригнем дверь комнаты?

Ну, даже после этого свет может проникнуть в вашу комнату, потому что дверь не может полностью закрыть вас, в двери есть щель, через которую свет может проникнуть внутрь комнаты. Это также один из повседневных примеров дифракции.

Дверь здесь играет роль препятствия на пути световой волны и световые волны могут проникать в комнату через щели в двери. Эти промежутки действуют как вторичные источники световой волны, как описано в принципе Гюйгенса.

6. Спектрометр:

Итак, все волны распространяются и имеют спектр. То же самое относится и к световым волнам, а спектрометр — это инструмент, используемый в спектроскопии, как следует из названия. Этот инструмент помогает в анализе световой волны определенного спектра. Благодаря изучению и наблюдению за этим мы можем провести подробный анализ материала, поэтому он также используется для идентификации другого материала.

P.s. Спектроскопия используется в астрономии для определения элемента, из которого состоит звезда.

В спектроскопии дифракция света помогает точно измерить длину волны света. Измеряя длину волны света от звезд с помощью дифракционной решетки, астрономы могут сказать, из каких элементов состоит звезда.

7. Дифракция рентгеновских лучей:

Итак, как мы все знаем, рентгеновские лучи — это электромагнитные волны, и эта волна имеет очень полезное применение: от рентгеновских снимков человеческого тела, чтобы найти небольшие дефекты костей до найти структуру материала.

Рентгеновская дифракция используется для определения структуры кристаллических материалов. Этот метод основан на принципе двойной природы рентгеновского излучения.

Главной задачей рентгеновской дифракции является идентификация и характеристика соединений на основе их дифракционной картины.

8. Для разделения белого света:

Мы все видели образование радуги после дождливого дня, потому что белый свет от солнца отделяется из-за капель воды, которые образуют радугу из семи цветов, и это явление Разделение белого света можно осуществить и с помощью градиента дифракции.

P.s.:- Разделение света можно осуществить и с помощью стеклянной призмы.

Градиент дифракции разделяет белый свет на разные цвета, когда свет проходит через множество тонких щелей решетки. Так происходит разделение белого света с помощью дифракции.

10 примеров дифракции в реальной жизни – StudiousGuy

Дифракция – это процесс, благодаря которому система волн распространяется, пройдя через узкие зазоры. 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 примеры дифракции из реальной жизни:

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 происходит 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, проникающий в темную комнату

Предположим, есть комната без источника света, плюс свет от двери в комнату не проникает, так как она закрыта, и когда кто-то частично открывает дверь , можно заметить, что свет льется внутрь с изгибом 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, должно быть, видели это захватывающее дух зрелище хотя бы раз в жизни. 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. Дифракция рентгеновских лучей

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, вытекающая из небольшой щели

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 небольшими парами воды 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.

 

 

Дифракция световых волн — Обзор физики (видео)

Привет! Добро пожаловать в это видео о дифракции световых волн! В этом видео мы сравним и сопоставим дифракцию и дисперсию и посмотрим, как работают дифракционные решетки. Давайте начнем!

Дисперсия и дифракция — это описания света, взаимодействующего с веществом по-разному, и оба могут использоваться для разделения света с несколькими длинами волн. Давайте рассмотрим каждый из них отдельно.

Дисперсия возникает, когда свет с разными длинами волн, например белый свет, попадает на преломляющую поверхность, например на призму. Когда белый свет попадает на преломляющую поверхность, разные цвета света разделяются из-за разной длины волны. Более короткие волны (фиолетовые) преломляются сильнее, чем более длинные (красные). Они снова преломляются после выхода из призмы из-за различий в преломляющих свойствах воздуха и призмы.

Преломляющие материалы описываются их 9{8} м/с\) в вакууме он движется медленнее в любой среде в зависимости от оптической плотности. Термин, используемый для измерения отношения скорости света в вакууме, c , к скорости света в среде, v , называется показателем преломления: n=c/v , и это также показатель оптической плотности материала.

Чем оптически плотнее материал, тем выше показатель преломления.

Количество света, поглощаемого преломляющим материалом, зависит от длины волны света. Другими словами, материалы имеют диапазон оптических плотностей, соответствующих разным длинам волн.

Итак, вся картина дисперсии состоит в том, что разные длины волн света по-разному поглощаются атомами в преломляющей среде, что приводит к несколько разным показателям преломления и немного разным углам преломления для каждой длины волны света, тем самым рассеивая легкий.

Дифракция, с другой стороны, относится к явлению изгиба волн, когда они проходят через отверстие или вокруг края объекта.

Степень изгиба волны зависит от размера длины волны и размера отверстия или апертуры. Если эти две вещи похожи по размеру, то свет можно гнуть больше. Поскольку длины волн видимого света очень и очень малы, это явление может быть не очень интуитивным.

Посмотрим на волны на воде. Если вы когда-нибудь были в океане, вы можете себе представить, как накатывают волны воды. Но что происходит, когда в воду помещается стена с небольшим отверстием? Давайте взглянем.

Поскольку водные волны по размеру аналогичны отверстию в стене, здесь виден изгиб волн. Так же работает и со светом!

Когда мы направляем луч света через маленькое отверстие на стену или экран, мы видим дифракционную картину. Этот узор выглядит как серия ярких пятен.

Этот эксперимент называется экспериментом с одной щелью. Он создает узор с самым ярким пятном посередине, которое постепенно переходит в темное пятно, затем снова светлое пятно, которое немного менее яркое с обеих сторон, пока яркое пятно не исчезнет полностью. Темные пятна известны как минимумы.

Уравнение, используемое для описания этого паттерна на основе каждого отдельного темного пятна, выглядит следующим образом: синус тета равен n, умноженному на лямбда, относительно d.
\(sin\Theta =\frac{n\lambda}{d}\)

θ — угол от центра экрана до измеряемых минимумов, λ — длина волны света, d — размер апертура, а n — количество минимумов, которые вы находитесь вдали от центра (1,2,3…). Из этого уравнения видно, что по мере уменьшения размера апертуры d угол, под которым расходится свет, увеличивается, а это означает, что он будет больше изгибаться при меньших отверстиях апертуры.

Яркие пятна в узоре, которые мы называем «максимумами», создаются посредством конструктивной интерференции , когда световые волны встречаются гребень к гребню или впадина к впадине и объединяются, увеличивая амплитуду. Минимумы создаются деструктивной интерференцией , когда световые волны встречаются не в фазе, или гребень к впадине, и компенсируют друг друга.

В эксперименте с одной щелью световой узор не очень хорошо разрешается, а это означает, что он постепенно становится ярче и темнее. Однако мы можем получить лучшее разрешение, если увеличим количество отверстий до двух или более.

Теперь поговорим о дифракционных решетках. Дифракционные решетки представляют собой небольшие слайды с несколькими равноотстоящими щелями заданного размера, обычно очень маленькими. Когда световой луч проходит через решетку, существует гораздо больше возможностей для конструктивной и деструктивной интерференции, поскольку свет огибает несколько отверстий по сравнению с одной щелью. Вот почему мы получаем гораздо более четкие узоры с этими типами решеток.

Дифракция на множестве щелей описывается уравнением, где синус тета равен m, умноженному на лямбда, относительно d.
\(sin\Theta =\frac{m\lambda}{d}\)

θ — угол от центра экрана до измеряемых максимумов, λ — длина волны света, d — расстояние между щелями , а m — количество максимумов, которые вы находитесь вдали от центра. Таким образом, это уравнение немного отличается от уравнения с одной щелью, потому что мы измеряем максимумы, а не минимумы.

Поскольку дифракционные решетки могут разделять свет в зависимости от длины волны и размера апертуры, мы также можем использовать эти решетки для разделения белого света на разные цвета, как это делает призма. Хотя при дифракции процесс не основан на показателе преломления.

Теперь, когда мы обсудили дисперсию и дифракцию и чем они похожи, давайте проверим наши знания, ответив на пару вопросов!

1. Если у вас есть два объекта с разным преломлением и вы знаете, что свет проходит через один быстрее, чем через другой, у какого из них показатель преломления выше? Какой из них оптически более плотный?

1. Тот, через который свет распространяется быстрее, имеет более высокий показатель преломления, но другой оптически более плотный.
2. Тот, через который свет распространяется медленнее, имеет более высокий показатель преломления, но другой оптически более плотный.
3. Тот, через который свет распространяется быстрее, имеет более высокий показатель преломления и более оптически плотный.
4. Тот, через который свет распространяется медленнее, имеет более высокий показатель преломления и более оптически плотный.

Правильный ответ: D.

Если свет проходит через материал медленнее, то он по определению более оптически плотный. Показатель преломления — это отношение c/v, поэтому, когда скорость v в среде ниже, показатель преломления выше.

 

2. Верно или неверно: радиоволна с длиной волны 1 метр, проходящая через дверной проем, создаст дифракционную картину.

Правильный ответ — Верно!

Все типы волн обладают способностью преломляться. Поскольку дверной проем по размеру подобен длине волны радиоволны, он будет преломляться и создавать дифракционную картину. Однако радиоволны не видны. Если бы детекторы радиоволн были установлены вдоль стены, рисунок можно было бы обнаружить.

 

Это все для этого обзора! Спасибо за просмотр и удачной учебы!

Что такое дифракция света — FuzePlay

07 сентября 2017 г.

Концепция дифракции света

Дифракция — это изгиб волн вокруг препятствий или распространение волн при прохождении их через отверстие или отверстие. Любая энергия, распространяющаяся в виде волны, способна к дифракции, а дифракция световых и звуковых волн производит целый ряд эффектов. Однако звуковые волны намного больше, чем световые волны, поэтому дифракция звука является частью повседневной жизни, которую большинство людей сегодня считают само собой разумеющейся. Дифракция световых волн, с другой стороны, намного сложнее и имеет ряд применений в науке и технике, включая использование дифракционных решеток при создании голограмм.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ

Звук VS Свет 

Представьте, что вы идете на концертную площадку, где играет ваша любимая электронная танцевальная музыка (EDM), и вы оказываетесь прямо за балкой здания. Вы не можете видеть полосу, очевидно, так как световые волны в точке заблокированы. Тем не менее, у вас очень мало проблем со слухом, потому что звуковые волны легко преломляются вокруг столба. Световые волны в таких условиях незначительно преломляются, но не настолько, чтобы повлиять на ваше удовольствие от концерта. Если бы вы внимательно посмотрели за луч, вы бы заметили дифракцию световых волн, слегка светящихся, когда они обвивают столб.

Предположим теперь, что вы забыли купить билет на музыкальный фестиваль, но друг, который работал на концертной площадке, разрешил вам стоять перед открытой дверью и слушать группу. Конечно, качество звука может быть далеко от идеального, но вы все равно сможете достаточно хорошо слышать музыку. А если бы вы стояли прямо перед дверью, то могли бы видеть свет изнутри концертного зала. Но если отойти от двери и встать спиной к зданию, то света будет мало, а шум все равно будет хорошо слышен.

Длина волны и дифракция

Причина различия в том, что дифракция звука более отчетлива, чем дифракция света — звуковые волны намного, намного больше световых волн. Звук распространяется продольными волнами или волнами, в которых движение вибрации происходит точно в том же направлении, что и сам прилив. Представьте звук, как если бы вы были целью, с концентрическими кругами, продолжающими расходиться наружу, как рябь спокойной воды после того, как камень упал в середину.

Волны, через которые передается звук, больше или равны по размеру колонне, двери или другому проему или проему и, следовательно, они легко проходят через такие проемы или обходя барьеры. Световые волны, с другой стороны, имеют длину волны, обычно измеряемую в нанометрах (нм), что эквивалентно одной миллионной доле миллиметра. Длины волн видимого света варьируются от 400 (фиолетовый) до 700 нм (красный) — это позволяет уместить около 5000 даже максимальных длин волн видимого света на головке булавки!

В то время как световые волны различной длины отображаются разными цветами, изменение длины волны звука предполагает изменение высоты тона. Подобно мягким океанским волнам, но в гораздо меньшей степени, коротковолновые звуковые волны менее способны дифрагировать вокруг массивных объектов, чем длинноволновые звуковые волны. Например, в концертном зале лучше всего слышны звуки ударных и баса; более высокие ноты с более короткой длиной волны, например, от струнного инструмента, с меньшей вероятностью достигнут слушателя.

Наблюдение за дифракцией света

Мы уже видели, что длина волны играет роль в дифракции, и мы легко упомянули, что апертура или относительное отверстие объекта также влияет на дифракцию. В большинстве исследований дифракции используются очень маленькие отверстия.

Свет уникален тем, что он преломляется не только при прохождении через отверстие, но и вокруг препятствий. Это можно увидеть, внимательно присмотревшись к тени от флагштока. Сначала кажется, что тень «сильная», но если приглядеться, то станет видно, что на границах наблюдается размытие от темноты к свету. Эта «серая область» является примером дифракции света.

Там, где препятствие или апертура велики по сравнению с волной, проходящей через них или вокруг них, на границе появляется небольшая «размытость», как в случае с флагштоком. Тот же самый эффект можно было наблюдать недавно во время полного последнего солнечного затмения — Shadow Bands. Когда свет проходит через апертуру, большая часть луча проходит прямо, без помех, и дифракция наблюдается только на границах. Если же размер этой апертуры близок к длине волны, то дифракционная картина будет расширяться. Звуковые волны дифрагируют под большими углами через открытый дверной проем, который, как уже отмечалось, по размерам сравним со звуковой волной; точно так же, когда свет проходит через очень узкие отверстия, его дифракция более заметна.

Ранняя наука о дифракции

Сэр Исаак Ньютон (1642–1727) наиболее известен своими исследованиями гравитации и движения, хотя он также анализировал свет. С помощью призмы он разделил цвета спектра видимого света — это уже сделали другие ученые, — но именно Ньютон понял, что цвета спектра могут рекомбинироваться, чтобы снова образовать белый свет.

Ньютон также обсуждал природу самого света, и в этих дебатах важную роль играли исследования дифракции света. Точка зрения г-на Ньютона, известная как корпускулярная теория света, заключалась в том, что свет распространяется как поток частиц. Современник Ньютона, голландский физик и астроном Христиан Гюйгенс (1629 г.-1695), выдвинул идею волновой теории о том, что свет распространяется посредством волн. Гюйгенс утверждал, что несколько факторов, таких как явления отражения и преломления, указывают на то, что свет представляет собой волну. Ньютон, с другой стороны, бросил вызов волновым теоретикам, заявив, что если бы свет действительно был волной, он должен был бы обладать способностью огибать углы — дифракцией.

Франческо Гримальди открывает дифракцию света

Хотя она и не стала широко известна до тех пор, пока в 1648 году, более чем за десять лет до полемики о частицах и волнах, Иоганн Маркус фон Кронланд (1595-1667), ученый из Богемии (ныне часть Чехии), открыл дифракцию световых волн. Однако его выводы не были признаны до тех пор, пока спустя некоторое время; не дал он и названия явлению, которое наблюдал.

В 1660 году итальянский физик Франческо Гримальди (1618-1663) провел дифракционный эксперимент, получивший всеобщее внимание. Гримальди позволил лучу света пройти через два узких отверстия, одно за другим, на чистую поверхность. Он заметил, что полоса света, попадающего на поверхность, была немного шире, чем должна быть, в зависимости от ширины луча, вошедшего в начальную апертуру. Он рассудил, что луч слегка отклоняется наружу, и дал этому явлению название, под которым оно известно сейчас: дифракция.

ДИФРАКЦИЯ ФРЕНЕЛЯ И ФРАУНГОФЕРА.

Теория частиц продолжалась в Англии, на родине Ньютона, но ко времени появления французского физика Огюстена Жана Френеля (1788-1827) все большее число ученых на европейском континенте начали принимать волновую концепцию. Работа Френеля, опубликованная им в 1818 г., послужила развитию этой теории и, в частности, представлению о свете как о поперечной волне.

В Mémoire sur la diffraction de la lumière Френель обнаружил, что модель поперечных волн объясняет ряд явлений, таких как дифракция, отражение, преломление, интерференция и поляризация, или изменение характера колебаний световая волна. Через четыре года после публикации этой важной работы Френель применил свои теории на практике и использовал поперечную модель, чтобы создать карандашный пучок света, такой же, какой вы ожидаете от маяка. Эта призменная система, при которой весь свет, излучаемый источником, направляется прямо в плоский луч, заменила старый метод зеркал, использовавшийся с древних времен. В процессе работа Френеля навсегда изменила эффективность маяков, спасая бесчисленное количество жизней.

Выражение «дифракция Френеля» относится к сценарию, в котором источник света или экран находятся вблизи апертуры; однако есть и другие сценарии, когда источник, апертура и осыпь (или по крайней мере два из этих трех) сильно разнесены. Это называется дифракцией Фраунгофера в честь немецкого физика Йозефа фон Фраунгофера (1787-1826), который в 1814 году нашел линии солнечного спектра (источник) с помощью призмы (апертуры). Его работа оказала огромное влияние на изучение спектроскопии — взаимодействия между электромагнитным излучением и веществом.

Как дифракция света используется в реальной жизни

Со временем работы шотландского физика Джеймса Клерка Максвелла (1831–1879), немецкого физика Генриха Рудольфа Герца (1857–1894) и многих других подтвердили, что свет действительно распространяется волнами. . И именно Альберт Эйнштейн (1879-1955) открыл, что свет ведет себя и как волна, и при определенных условиях как частица.

В 1912 году, через несколько лет после того, как Эйнштейн опубликовал свои открытия, немецкий физик Макс Теодор Феликс фон Лауэ (1879 г.-1960) создал дифракционную решетку. Используя кристаллы в своей решетке, он продемонстрировал, что рентгеновские лучи являются частью электромагнитного спектра. Работа Лауэ, которая принесла ему Нобелевскую премию по физике в 1914 году, также сделала возможным измерение расстояния до рентгеновских лучей и, наконец, дала средства для изучения атомной структуры кристаллов и полимеров.

Исследования в области дифракции получили дальнейшее развитие в начале двадцатого века. В 1926 году английский физик Дж. Д. Бернал (1901-1971) разработал диаграмму Бернала, позволяющую ученым делать выводы о кристаллической структуре твердого тела путем анализа фотографий рентгеновских дифракционных картин. Десять лет спустя голландско-американский физикохимик Питер Джозеф Уильям Дебай (1884–1919 гг.66) получил Нобелевскую премию по химии за исследования в области дифракции рентгеновских лучей и электронов в газах, которые продвинули понимание молекулярной структуры.

В 1937 году, через год после Нобелевской премии Дебая, американский физик Клинтон Джозеф Дэвиссон (1881–1958) и английский физик Джордж Пэджет Томсон (1892–1975) получили премию по физике за открытие того, что кристаллы могут преломлять электроны.

Кроме того, в 1937 году английский физик Уильям Томас Эстбери (1898-1961) использовал рентгеновскую дифракцию для обнаружения самой ранней информации о нуклеиновой кислоте, что привело к улучшению анализа ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), строительных блоков генетика человека. В 1952 года английский биофизик Морис Хью Фредерик Уилкинс (1916-) и молекулярный биолог Розалинда Элси Франклин (1920-1958) использовали рентгеновскую дифракцию для изображения ДНК. Их работа напрямую повлияла на прорывное событие, которое последовало год спустя: открытие двойной спирали или двойной спирали ДНК американскими молекулярными биологами Джеймсом Д. Уотсоном (1928-) и Фрэнсисом Криком (1916-). Сейчас исследования ДНК находятся на переднем крае исследований в биологии и смежных областях.

Дифракционная решетка

Большая часть работы, описанной в предыдущих абзацах, использовала дифракционную решетку, впервые разработанную в 1870-х годах американским физиком Генри Августом Роулендом (1848-1901). Дифракционная решетка — это оптическое устройство, состоящее не из одной, а из многих тысяч апертур: в машине Роуленда для линейки стеклянных решеток использовался алмаз с тонким наконечником, примерно 15 000 линий на дюйм (2,2 см). Дифракционные решетки теперь могут иметь до 100 000 апертур на дюйм. Отверстия в дифракционной решетке — это не просто отверстия, а очень узкие параллельные щели, которые превращают луч света в спектр.

Каждое отверстие преломляет световой пучок, но поскольку они расположены на одинаковом расстоянии друг от друга и имеют одинаковый диаметр, дифрагированные волны сталкиваются с конструктивной интерференцией. Эта конструктивная интерференционная картина позволяет рассматривать компоненты этого спектра по отдельности, что позволяет ученым наблюдать характеристики, которые варьируются от расположения атомов и молекул до химического состава звезд.

Рентгеновская дифракция

Поскольку рентгеновские лучи гораздо более высокого уровня энергии и частоты, их длина волны намного короче, чем волны видимого света. Следовательно, для дифракции рентгеновских лучей необходимо иметь решетки, линии которых разделены бесконечно малыми расстояниями. Эти расстояния обычно измеряются в единицах, известных как ангстрем, где в миллиметре 10 миллионов. Ангстремы используются для измерения молекул, и, действительно, расстояния между линиями в пределах дифракционной решетки рентгеновских лучей подобны размеру атомов.

Когда рентгеновское излучение поглощается кристаллом в виде рентгеновских лучей, атомы в кристалле преломляют лучи. Одним из аспектов кристально чистых материалов является то, что их атомы расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, и благодаря этому можно определить местоположение и расстояние между атомами, анализируя картины дифракции рентгеновских лучей. Закон Брэгга, названный в честь группы отца и сына английских физиков Уильяма Генри Брэгга (1862–1942) и Уильяма Лоуренса Брэгга (1890–1971), описывает картины дифракции рентгеновских лучей в кристаллах.

Хотя многое в дифракции рентгеновских лучей и кристаллографии кажется довольно субъективным, его применение в таких областях, как исследования ДНК, позволяет предположить, что он имеет множество применений для улучшения человеческой жизни. Старший Брэгг выразил эту реальность в 1915 году, когда он и его сын получили Нобелевскую премию по физике, заявив, что «теперь мы можем заглянуть в десять тысяч раз глубже в структуру материи, из которой состоит наша Вселенная, чем когда мы полагаться только на микроскоп». Теперь физики, применяющие дифракцию рентгеновских лучей, используют инструмент, называемый дифрактометром, который помогает им сравнивать дифракционные картины с картинами известных кристаллов в качестве метода определения конструкции новых материалов.

Голограммы

Слово голограмма происходит от греческих слов holos, «полный», и gram, «сообщение», и представляет собой трехмерное (3-D) изображение объекта, полученное с помощью процесса, известного как голография. Голограммы используют преимущества лазерных лучей, которые объединяются под углом, создавая интерференционную картину чередующихся ярких и темных линий. Сама поверхность голограммы представляет собой своего рода дифракционную решетку с чередующимися полосами прозрачного и непрозрачного материала. Освещающий лазерный луч дифрагирует под определенными углами, согласно закону Брэгга, на поверхностях голограммы, что позволяет наблюдателю видеть трехмерную картину.

Голограммы не следует путать с обычными трехмерными изображениями, в которых используется только видимый свет. Последние производятся с помощью метода, называемого стереоскопией, который создает одно изображение из двух, накладывая изображения друг на друга, чтобы создать впечатление картины с глубиной. Хотя стереоскопические изображения создают впечатление, что вы можете «вступить» в изображение, голограмма на самом деле позволяет зрителю взглянуть на изображение под любым углом. Таким образом, стереоскопические изображения можно сравнить с просмотром через зеркальное стекло витрины магазина, тогда как голограммы передают ощущение, что человек действительно вошел в саму витрину.

Развитие голографии 

Пытаясь улучшить разрешение электронных микроскопов, в 1947 году венгерско-английский физик и инженер Деннис Габор (1900–1979) разработал понятие голографии и ввел термин «голограмма». Его работа в этой области была ограничена до тех пор, пока в 1960 году не был представлен лазер. К началу 1960-х годов ученые уже использовали лазеры для создания трехмерных изображений, а в 1971 году Габор получил Нобелевскую премию по физике за открытие, которое он сделал за поколение. до.

Сегодня голограммы используются на кредитных картах или других идентификационных картах в качестве меры безопасности, обеспечивая считывание изображения оптическими сканерами. В кассовых сканерах супермаркетов используются голографические оптические элементы (HOE), которые могут считывать универсальный код продукта (UPC) под любым углом. Использование голограмм в повседневной жизни и научных исследованиях, скорее всего, будет расти по мере того, как ученые находят новые программы: например, голографические изображения помогут в проектировании всего, от мостов до автомобилей.

Одной из самых увлекательных областей исследования в области голографии является голографическая память. Компьютеры используют двоичный код, комбинацию единиц и нулей, которая преобразуется в цифровой импульс, но голографическая память может значительно расширить возможности компьютерных систем памяти. В отличие от многих изображений, голограмма — это не просто сумма составляющих ее компонентов: информация в голографическом изображении содержится в каждой части изображения, а это означает, что часть изображения может быть уничтожена без потери информации.

Голографическая память

Чтобы завершить историю, идея голографической памяти была выдвинута немецким математиком и философом Готфридом Вильгельмом Лейбницем (1646-1716) — соперником Ньютона — вместе с Гюйгенсом. Хотя Ньютона обычно считают отцом исчисления, Лейбниц примерно в то же время разработал свою собственную версию исчисления.

Будучи философом, Лейбниц, очевидно, имел довольно много мыслей, которые его современники считали странными. Это сделало его посмешищем среди представителей европейского интеллектуального общества. Вольтер (Франсуа-Мари Аруэ; 1694-1778), французский писатель и мыслитель, высмеял его персонажем доктором Панглоссом в Кандиде (1759). Немногие из идей Лейбница были более эксцентричными, чем идея монады: элементарной частицы существования, отражающей всю вселенную.

Выдвигая понятие монады, Лейбниц не делал утверждения в манере ученого: не было никаких доказательств существования монад, и невозможно было продемонстрировать доказательство монады в каком-либо научном эксперименте. Однако голограмма очень похожа на проявление воображаемых Лейбницем монад, и и голограмма, и монада относятся к более основному элементу жизни: человеческой памяти. Неврологические исследования в конце двадцатого века показали, что память в человеческом уме имеет голографическую структуру. Так, например, пациент, попавший в аварию с участием 90 процентов разума испытывает только 10-процентную потерю памяти.

Где узнать больше

• Статья адаптирована с сайта Encyclopedia.com

• Барретт, Норман С. Лазеры и голограммы. Нью-Йорк: Ф. Уоттс, 1985.

• «Закон Брэгга и дифракция: как волны раскрывают атомную структуру кристаллов»  (веб-сайт). (6 мая 2001 г.).

• Беркиг, Валери. Фотоника: новая наука о свете. Хиллсайд, Нью-Джерси: Enslow Publishers, 1986.

• «Дифракция звука»  (веб-сайт). gsu.edu/hbase/sound/diffrac.html> (6 мая 2001 г.).

• Гарднер, Роберт. Эксперименты со светом.  Нью-Йорк: Ф. Уоттс, 1991.

  .

• Грэм, Ян. Лазеры и голограммы.  Нью-Йорк: Shooting Star Press, 1993.

• Холомир: голография, лазеры и голограммы  (веб-сайт).  (6 мая 2001 г.).

• Проффен, Т. Х. и Р. Б. Недер. Интерактивное руководство по дифракции  (веб-сайт).  (6 мая 2001 г.).

• Снедден, Роберт. Свет и звук. Дес-Плейнс, Иллинойс: Библиотека Хайнемана, 1999 г.

• «Волнообразное поведение света». Класс физики  (веб-сайт). (6 мая 2001 г.).

КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ

ПРОЕМ:  

Проем.

ДИФРАКЦИЯ: 

Изгиб волн вокруг препятствий или распространение волн при их прохождении через отверстие.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ СПЕКТР:

Полное разнообразие электромагнитных волн с непрерывным распространением от очень небольшого разнообразия частот и уровней энергии с соответственно большой длиной волны до очень значительного разнообразия частот и уровней энергии с соответственно короткой длиной волны. В электромагнитном спектре содержится длинноволновое и коротковолновое радио; микроволны; инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый свет; рентгеновское и гамма-излучение.

ЧАСТОТА: 

Количество волн, проходящих через данную точку в течение одной секунды. Чем больше частота, тем короче длина волны.

ПРОДОЛЬНАЯ ВОЛНА: 

Волна, в которой движение вибрации происходит точно в том же направлении, что и сам прилив. Звуковая волна является хорошим примером продольной волны.

ПРИЗМА: 

Трехмерная форма стекла, используемая для рассеивания световых лучей.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ: 

Состояние или акт перемещения из одного места в другое. ИЗЛУЧЕНИЕ: В общем смысле излучение может относиться ко всему, что движется в потоке, независимо от того, состоит ли этот поток из субатомных частиц или электромагнитных волн.

ОТРАЖЕНИЕ: 

Явление, при котором луч света возвращается к своему источнику, а не поглощается в порту.

ПРЕЛОМЛЕНИЕ: 

Искривление луча света, возникающее при его прохождении через плотную среду, например стекло или воду.

СПЕКТР: 

Непрерывное распределение свойств в упорядоченном порядке в непрерывном разнообразии. Примеры спектров (множественное число от слова «спектр») включают цвета видимого света или часть электромагнитного спектра этого видимого света.

ПОПЕРЕЧНАЯ ВОЛНА: 

Волна, вибрация или движение которой перпендикулярны направлению движения волны.

ДЛИНА ВОЛНЫ: 

Расстояние между гребнем и соседним гребнем или впадиной и соседней впадиной волны. Чем короче длина волны, тем больше частота.

---

Также в новостях Fuze

Это школа

28 июля 2018 г.

FuzePlay — компания, занимающаяся экспериментальным обучением, которая интегрирует технологии Интернета вещей посредством игры. Мы восполняем пробелы в навыках с помощью педагогического подхода к развитию реальных навыков с помощью прикладного кода и электроники. FuzePlay поддерживает простую педагогику: 1) Проверка и компиляция кода 2) Настройка оборудования 3) Игра в игры FuzePlay устраняет пробелы в навыках и готовит умы будущего к тому, чтобы сделать невозможное возможным! Наша технологическая платформа позволяет создавать высокотехнологичные игрушки для неспециалистов с помощью готовых программ по информатике на основе подписки, предназначенных для использования в классе PreK-6 и дома. Мы играем в FUZE!

Читать далее

Письмо в ИСТЭ

06 июля 2018 г.

Учителя — новые технические волшебники!! Дети, которых вы обучаете, очень скоро поведут нас с силой, которую мы еще не испытали в мире. Ваша ответственность велика, а цифровое гражданство реально. #ISTE18

Читать далее

Ведущее обучение динамическим цифровым навыкам

16 апреля 2018 г.

Педагоги, вы нам нужны! Чтобы стать лидером в обучении динамичным цифровым навыкам, General Assembly уже некоторое время находится в центре моего внимания. Zubi Flyer переводит учащихся с логических игр на блочное программирование и текстовые сценарии в интуитивно понятной среде разработки с открытым исходным кодом. Мы устраняем пробелы в навыках, и мне нравится сравнивать себя с теми, кто делает такую ​​же отличную работу!

Сегодня компания Adecco Group, базирующаяся в Швейцарии, объявила о планах по покупке компании General Assembly, базирующейся в Нью-Йорке, за 412,5 млн долларов. Это БОЛЬШАЯ цифра!! Где и как создается такая стоимость?!

Читать далее

Подробная информация и факты — Lambda Geeks

В повседневной жизни мы наблюдаем дифрагирующее поведение света. В этой части я рассмотрю несколько различных аспектов дифракции света и кратко объясню их.

Вот несколько примеров дифракции света, приведенных ниже;

• Compact drive
• Hologram    
• A beam of light enters a dimly lit room
• Crepuscular Rays
• X- ray diffraction
• Water passing from a small gap
• Лунная/Солнечная корона
• Звук
• Кольцо света вокруг источника
• Распространение сигнала

Изображение предоставлено: snappy goat

Компакт-диск

На компакт-дисках явление дифракции более восприимчиво. Крышка компакт-диска блестит и имеет множество отверстий. Когда свет падает на поверхность компакт-диска, часть его преломляется, а остальная часть отражается. Из-за этого на поверхности компакт-диска появляется радужный узор.

Изображение предоставлено: Быстрая коза

Голограмма

Свет преломляется по-разному, когда проходит через голограмму, создавая как физические, так и искусственные изображения предмета, используемого для раскрытия пленки. Схема интерференции такая же, как и у объекта. Наведение вашего взгляда на интерференционную картину, как если бы вы смотрели прямо на объект, дает вам альтернативные точки обзора.

В результате изображение кажется трехмерным и имитирует предмет. Это фантастическое творение с многообещающим будущим. Дифракция используется для создания трехмерного восприятия изображения в голограмме. Различные копии картинки рассеиваются и попадают в объектив с разных направлений, в результате чего получается интерференционная картина .

Используя эту конфигурацию, голографический слой оставляется для сброса. В конце концов, создавая для нас трехмерный опыт.

Изображение предоставлено: Snappy goat

Луч света входит в тускло освещенную комнату

Уникальное явление возникает, когда свет проникает в затемненное место через маленькое отверстие. Для объяснения этого явления используется слово «дифракция». Это происходит всякий раз, когда размер объекта или апертуры (в данном случае края маленького отверстия) эквивалентен длине волны светового луча! Дифракция — это проникновение света в области, ранее находившиеся под тенью Затем яркость рассеивается в центральном максимуме, а затем вокруг центральных пиков, ширина и яркость которых уменьшаются по мере того, как они излучаются наружу из-за дифракции.

Изображение предоставлено: snappy goat

Сумеречные лучи:  

В атмосферной оптике сумеречные лучи — это солнечные лучи, которые кажутся распространяющимися из одинокого участка неба. Такие лучи представляют собой столбы солнечного ветра, разделенные более темными областями, затененными облаками, которые текут через отверстия в облаке или среди других структур . Этот термин связан с тем фактом, что они наиболее распространены в сумеречные часы (рассвет и сумерки), когда различия между светом и тенью более выражены.

Каждый хоть раз в жизни видел это великолепное зрелище. Сумеречные лучи, часто называемые небесными лучами, выглядят потрясающе. Лучи преломляются и отклоняются, когда они пытаются достичь земли, но им мешает туман. Дифракция — это искривление луча, вызванное появлением препятствия на его обычном пути. Вы можете рассказать другим, почему вы думаете, что вид такой красивый, когда вы снова его видите.

Изображение предоставлено: Snappy goat

Рентгеновская дифракция:  

Из-за их равномерного расстояния атомы кристалла создают интерференционную картину луча, включенного в волну рентгеновских лучей при рентгеновской дифракции. Микроскопические грани кристалла воздействуют на рентгеновские лучи точно так же, как равномерно управляемая решетка воздействует на световой луч.

Поскольку источник монохроматического рентгеновского излучения взаимодействует с поверхностью мишени, преобладающим эффектом является рассеивание этих рентгеновских лучей через атомы внутри поверхности мишени. Рассеянное рентгеновское излучение конструктивно и деструктивно взаимодействует в веществах, имеющих однородную организацию (т.е. кристаллических). Это механизм дифракции.

Закон Брэгга, nλ = 2dsin θ , описывает дифракцию рентгеновских лучей с использованием кристаллов (тета). Доступные дифракционные картины определяются величиной и формой элементарной ячейки материала. Тип и конфигурация частиц в решетке влияют на интенсивность дифрагированных волн.

С другой стороны, большинство материалов представляют собой поликристаллические агрегаты или порошки, состоящие из множества мелких кристаллитов во всех мыслимых конфигурациях. Как только источник рентгеновского излучения сфокусирован на пыли с произвольно выровненными кристаллитами, луч будет наблюдать все потенциальные межатомные поверхности. Все мыслимые максимумы дифракции от пыли будут идентифицированы, если угол наблюдения будет последовательно варьироваться.

Изображение предоставлено: Быстрая коза

Вода, вытекающая из небольшой щели

Дифракция происходит, когда вода проходит через отверстие и рассеивается. Степень дифракции увеличивается с увеличением длины волны. Если ширина промежутка примерно эквивалентна длине волны, происходит наибольшая дифракция.

Всякий раз, когда движущаяся вода озера соприкасается с крошечной щелью, она, скорее всего, прервет свое обычное движение. Водяная волна изгибается по обеим сторонам прорези. Такое искривление водной волны — еще один пример дифракции.

Лунная/Солнечная корона

Свет, проходящий через капли тумана, дифрагирует и рассеивается, когда зазор между каплями сравним с длиной волны видимого света. Освещение, которое мы наблюдаем, исходящее от Луны на безоблачном небе, например, исходит непосредственно от Луны. И наоборот, если между зрителем и Луной есть небольшое облачное покрытие, дифракция и рассеяние лунного света приводит к более яркому освещению по сравнению с реальным.

«Кольцо» света, которое окружает солнце или луну, известно как корона.  Термин корона относится к кругу яркости, который образуется вокруг солнца или луны после того, как солнечный или лунный свет преломляется микроскопической влагой или частицами льда. Лунная корона — это кольцо Луны, тогда как солнечная корона — это кольцо Солнца.

Изображение предоставлено: шустрая коза

Звук

Мы способны уловить голос, если он произносится вслух. Сможем ли мы уловить голос, если человек, который кричит, стоит за гигантским деревом и кричит с такой же силой? Да, так почему звук не загораживает, если на пути массивное дерево? Причина этого в том, что звук проходит и достигает нашего уха посредством явления дифракции.

Поскольку тот же самый процесс, который позволяет лучам искривляться вокруг барьеров, также позволяет им распространяться через крошечные отверстия, можно подумать, что дифракция имеет противоречивый характер. Это свойство дифракции имеет много последствий. Помимо способности слушать шум, стоя за пределами комнаты, это распространение звуковых волн имеет значение для звукоизоляции комнаты.

Поскольку любые отверстия позволяют шуму извне распространяться в помещении, эффективное подавление шума требует хорошо изолированного пространства. Удивительно, сколько шума проникает через маленькую трещину. Корпуса акустических систем должны быть хорошо герметизированы по тем же причинам.

Изображение предоставлено: Snappy goat

Кольцо света вокруг источника

Когда мы смотрим на какой-то источник света, окружающий нас, мы видим, что солнечный свет распространяется не точно по прямой траектории; вместо этого небольшая часть выходного освещения дифрагирует вблизи источника. Из-за преобладания вокруг грязи и аэрозольных молекул свет дифрагирует.

Изображение предоставлено: Snappy goat

При длительной беспроводной передаче данных дифракция имеет решающее значение. Распространение прямой видимости на большие расстояния невозможно из-за кривизны поверхности земли и массивных преград. Вот почему, чтобы сообщение достигло своей цели, нам нужна многоуровневая дифракция.

Сообщение продолжает преодолевать барьеры, одновременно усиливаясь с помощью ускорителей, пока не достигнет своей цели. Дифракция отвечает за то, сколько телефонных звонков вы можете принять.

Изображение предоставлено: Snappy goat

Часто задаваемые вопросы | Часто задаваемые вопросы 

В. Что означает дифракция и почему она возникает?  

Дифракция – это распространение волн, когда они проходят через отверстие или вокруг преград.

Это происходит, если апертура или препятствие имеют величину, сравнимую с длиной волны входящего луча. При относительно небольшой ширине проема подавляющая часть волны затеняется.

В. Могут ли меньшие длины волн дифрагировать быстрее, чем длинные?

Дифракция происходит под разными углами в зависимости от длины волны света, при этом более низкие длины волн преломляются под более крутым углом, чем более высокие длины волн.

• Солнечная энергия в химическую: что, как преобразовывать, примеры и факты0389
• 7 Примеры крутящего момента: подробные пояснения
• Как найти коэффициент статического трения: подробные пояснения и примеры задач
• Что вызывает статическое электричество: в теле, доме, воздухе, одежде, зиме

6.2.6: Дифракция — химия Бесплатные тексты

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

220531

цели обучения

• Понимание дифракции

Обзор

Принцип Гюйгенса-Френеля гласит, что каждая точка волнового фронта является источником вейвлетов. Эти вейвлеты распространяются в прямом направлении с той же скоростью, что и исходная волна. Новый волновой фронт представляет собой линию, касательную ко всем вейвлетам.

Фон

Кристиан Гюйгенс был голландским ученым, который разработал полезную технику для определения того, как и где распространяются волны. В 1678 году он предположил, что каждая точка, которой касается светящееся возмущение, сама становится источником сферической волны. Сумма вторичных волн (волн, возникших в результате возмущения) определяет форму новой волны. показывает вторичные волны, распространяющиеся вперед от точки их происхождения. Он смог придумать объяснение линейного и сферического распространения волн и вывести законы отражения и преломления (раскрытые в предыдущих атомах), используя этот принцип. Однако он не мог объяснить то, что обычно называют дифракционными эффектами. Эффекты дифракции — это отклонения от прямолинейного распространения, возникающие, когда свет сталкивается с краями, экранами и отверстиями. Эти эффекты были объяснены в 1816 году французским физиком Огюстеном-Жаном Френелем.

Прямой волновой фронт : Принцип Гюйгенса применяется к прямолинейному волновому фронту. Каждая точка на фронте волны излучает полукруглый вейвлет, который перемещается на расстояние s=vt. Новый волновой фронт представляет собой линию, касательную к вейвлетам.

Принцип Гюйгенса

На рис. 1 показан простой пример применения принципа дифракции Гюйгенса. Принцип может быть показан с помощью уравнения ниже:

\[\mathrm { s } = \mathrm { v } \mathrm { t }\]

где s — расстояние, v — скорость распространения, и t — время .

Каждая точка на фронте волны излучает волну со скоростью v. Испускаемые волны имеют полукруглую форму и возникают в t, время спустя. Новый волновой фронт касается вейвлетов. Этот принцип работает для всех типов волн, а не только для световых волн. Этот принцип полезен при описании отражения, преломления и интерференции. наглядно показывает, как можно использовать принцип Гюйгенса для объяснения отражения, и показывает, как его можно применить к преломлению.

Преломление Гюйгенса : Принцип Гюйгенса применяется к прямолинейному волновому фронту, движущемуся из одной среды в другую, где его скорость меньше. Луч изгибается к перпендикуляру, так как вейвлеты имеют меньшую скорость во второй среде.

Отражение : Принцип Гюйгенса применительно к прямому фронту волны, падающей на зеркало. Показанные вейвлеты испускаются, когда каждая точка волнового фронта сталкивается с зеркалом. Касательная к этим вейвлетам показывает, что новый волновой фронт отразился под углом, равным углу падения. Направление распространения перпендикулярно фронту волны, как показано стрелками, указывающими вниз.

Пример \(\PageIndex{1}\):

На самом деле вы часто видели или сталкивались с этим принципом, но просто не осознаете. Хотя этот принцип применим ко всем типам волн, его легче объяснить, используя звуковые волны, поскольку звуковые волны имеют большую длину волны. Если кто-то играет музыку в своей комнате с закрытой дверью, вы можете не услышать ее, проходя мимо комнаты. Однако если бы этот человек где-нибудь открыл свою дверь во время воспроизведения музыки, то его можно было бы услышать не только находясь непосредственно перед дверным проемом, но и на значительном расстоянии по коридору в любую сторону. является прямым следствием дифракции. Когда свет проходит через гораздо меньшие отверстия, называемые щелями, принцип Гюйгенса показывает, что свет изгибается так же, как звук, только в гораздо меньшем масштабе. Позже мы рассмотрим дифракцию атомов с одной щелью и дифракцию с двумя щелями, но сейчас важно просто понять основную концепцию дифракции.

Дифракция

Как мы объяснили в предыдущем абзаце, дифракция определяется как изгиб волны вокруг краев отверстия или препятствия.

Эксперимент Юнга с двумя щелями

Эксперимент с двумя щелями, также называемый экспериментом Юнга, показывает, что материя и энергия могут проявлять как волновые, так и корпускулярные характеристики.

цели обучения

• Объясните, почему эксперимент Юнга заслуживает большего доверия, чем эксперимент Гюйгенса

Эксперимент с двумя щелями, также называемый экспериментом Юнга, показывает, что материя и энергия могут проявлять как волновые, так и корпускулярные характеристики. Как мы обсуждали в атоме принцип Гюйгенса, Христиан Гюйгенс в 1628 году доказал, что свет представляет собой волну. Но некоторые люди не соглашались с ним, особенно Исаак Ньютон. Ньютон считал, что эффекты цвета, интерференции и дифракции нуждаются в лучшем объяснении. Люди не принимали теорию о том, что свет представляет собой волну, до 1801 года, когда английский физик Томас Юнг провел свой эксперимент с двумя щелями. В своем эксперименте он посылал свет через две близко расположенные вертикальные щели и наблюдал за получившимся узором на стене позади них. Образец, который получился, можно увидеть на рис. 9.0003

Эксперимент Юнга с двумя щелями : Свет проходит через две вертикальные щели и преломляется в узор из вертикальных линий, расположенных горизонтально. Без дифракции и интерференции свет просто образовал бы две линии на экране.

Корпускулярно-волновой дуализм

Волновые характеристики света заставляют свет проходить через щели и интерферировать друг с другом, создавая светлые и темные области на стене за щелями. Свет, появляющийся на стене за щелями, рассеивается и поглощается стенкой, что является характеристикой частицы.

Эксперимент Юнга

Почему эксперимент Юнга вызывает больше доверия, чем эксперимент Гюйгенса? Потому что, хотя Гюйгенс был прав, он не смог продемонстрировать, что свет ведет себя как волна, тогда как эксперимент с двумя щелями показывает это очень ясно. Поскольку свет имеет относительно короткие длины волн, чтобы показать волновые эффекты, он должен взаимодействовать с чем-то маленьким — сработали маленькие, близко расположенные щели Юнга.

В примере используются два когерентных источника света с одной монохроматической длиной волны для простоты. (Это означает, что источники света находились в одной и той же фазе. ) Две щели заставляют два когерентных источника света конструктивно или деструктивно интерферировать друг с другом.

Конструктивная и деструктивная интерференция волн

Конструктивная интерференция волн возникает, когда волны интерферируют друг с другом гребень к гребню (пик к пику) или впадина к впадине (впадина к впадине), и волны находятся точно в фазы друг с другом. Этот усиливает результирующую волну. Деструктивная интерференция волн возникает, когда волны мешают друг другу от гребня к впадине (от пика к впадине) и точно не совпадают по фазе друг с другом. Это нейтрализует любую волну и приводит к отсутствию света. Эти концепции показаны в . Следует отметить, что в этом примере используется одна монохроматическая длина волны, что необычно в реальной жизни; более практический пример показан в.

Практическая конструктивная и деструктивная интерференция волн : Двойные щели создают два когерентных источника интерферирующих волн. (а) Свет распространяется (дифрагирует) от каждой щели, потому что щели узкие. Эти волны перекрываются и интерферируют конструктивно (светлые линии) и деструктивно (темные области). Мы можем видеть это, только если свет падает на экран и рассеивается в наших глазах. (b) Двухщелевая интерференционная картина для водных волн почти идентична картине для света. Волновое воздействие больше всего в областях конструктивной интерференции и наименьшее в областях деструктивной интерференции. в) Когда свет, прошедший через двойные щели, падает на экран, мы видим такую ​​картину.

Теоретическая конструктивная и деструктивная интерференция волн : Амплитуды волн складываются. (а) Чистая конструктивная интерференция получается, когда одинаковые волны находятся в фазе. (б) Чистая деструктивная интерференция возникает, когда идентичные волны точно не совпадают по фазе (сдвинуты на половину длины волны).

Картина, полученная в результате дифракции на две щели, не случайна, хотя может так показаться. Каждая щель находится на разном расстоянии от заданной точки на стене за ней. Для каждого другого расстояния в этот путь вписывается разное количество длин волн. Все волны начинаются в фазе (соответствуя гребню к гребню), но в зависимости от расстояния точки на стене от щели они могут быть в фазе в этой точке и конструктивно интерферировать, или они могут закончиться вне фаз. фазы и деструктивно мешают друг другу.

Решетки дифракционные: рентгеновские, дифракционные, отражательные

Дифракционная решетка имеет периодическую структуру, которая расщепляет и преломляет свет на несколько лучей, движущихся в разных направлениях.

цели обучения

• Описать функцию дифракционной решетки

Дифракционная решетка

Дифракционная решетка — это оптический компонент с периодической структурой, который разделяет и преломляет свет на несколько лучей, движущихся в разных направлениях. Направления этих лучей зависят от расстояния между решетками и длины волны света, так что решетка действует как рассеивающий элемент. Из-за этого решетки часто используются в монохроматорах, спектрометрах, устройствах мультиплексирования с разделением по длине волны, устройствах сжатия оптических импульсов и многих других оптических приборах.

Фотопрепарат с тонким узором из фиолетовых линий образует сложную решетку. Для практического применения решетки обычно имеют гребни или бороздки на своей поверхности, а не темные линии. Такие решетки могут быть как пропускающими, так и отражающими. Также производятся решетки, которые модулируют фазу, а не амплитуду падающего света, часто с использованием голографии.

Обычные компакт-диски и DVD-носители являются повседневными примерами дифракционных решеток и могут использоваться для демонстрации эффекта путем отражения солнечного света от них на белую стену. (видеть ). Это побочный эффект их изготовления, так как на одной поверхности компакт-диска имеется множество мелких ямок в пластике, расположенных по спирали; на эту поверхность нанесен тонкий слой металла, чтобы сделать ямки более заметными. Структура DVD оптически аналогична, хотя он может иметь более одной поверхности с ямками, и все поверхности с ямками находятся внутри диска. На стандартной штампованной виниловой пластинке, если смотреть под небольшим углом перпендикулярно канавкам, можно увидеть аналогичный, но менее выраженный эффект, чем на CD / DVD. Это происходит из-за угла обзора (меньше критического угла отражения черного винила) и пути отражения света из-за изменения канавками, оставляющего после себя радужный рельефный рисунок.

Читаемая поверхность компакт-диска : Читаемая поверхность компакт-диска включает в себя спиральную дорожку, намотанную достаточно туго, чтобы свет преломлялся в полный видимый спектр.

В перьях некоторых птиц используется естественная дифракционная решетка, которая создает конструктивную интерференцию, придавая перьям переливающийся эффект. Радужность — это эффект, при котором поверхности меняют цвет при изменении угла освещения. Опал — еще один пример дифракционной решетки, которая отражает свет разными цветами.

Рентгеновская дифракция

Рентгеновская кристаллография — это метод определения атомной и молекулярной структуры кристалла, при котором кристаллические атомы вызывают дифракцию пучка рентгеновских лучей во многих определенных направлениях. Измеряя углы и интенсивность этих дифрагированных лучей, кристаллограф может создать трехмерную картину плотности электронов внутри кристалла. По этой электронной плотности можно определить средние положения атомов в кристалле, а также их химические связи, их беспорядок и различную другую информацию.

При измерении дифракции рентгеновских лучей кристалл устанавливается на гониометр и постепенно вращается при бомбардировке рентгеновскими лучами, создавая дифракционную картину из регулярно расположенных пятен, известных как отражения (см. ). Двумерные изображения, полученные при различных поворотах, преобразуются в трехмерную модель плотности электронов внутри кристалла с использованием математического метода преобразования Фурье в сочетании с известными для образца химическими данными.

Отражения в дифракционных картинах : Каждая точка, называемая отражением, на этой дифракционной картине формируется в результате конструктивной интерференции рассеянных рентгеновских лучей, проходящих через кристалл. Данные могут быть использованы для определения кристаллической структуры.

Дифракция на одной щели

Дифракция на одной щели — это явление, которое возникает, когда волны проходят через узкую щель и изгибаются, образуя интерференционную картину.

цели обучения

• Сформулировать принцип Гюйгенса

Дифракция

Как мы объясняли в предыдущем атоме, дифракция определяется как изгиб волны вокруг краев отверстия или препятствия. Дифракция — это явление, которому подвержены все типы волн. Это объясняется принципом Гюйгенса-Френеля, и принципом суперпозиции волн. Первый утверждает, что каждая точка на волновом фронте является источником вейвлетов. Эти вейвлеты распространяются в прямом направлении с той же скоростью, что и исходная волна. Новый волновой фронт представляет собой линию, касательную ко всем вейвлетам. Принцип суперпозиции гласит, что в любой момент чистый результат нескольких стимулов представляет собой сумму всех стимулов.

Дифракция с одной щелью

При дифракции с одной щелью картина дифракции определяется длиной волны и длиной щели. На рис. 1 показана визуализация этого паттерна. Это наиболее упрощенный способ использования принципа Гюйгенса-Френеля, который был рассмотрен в предыдущем атоме, и применения его к щелевой дифракции. Но что происходит, когда щель НЕ соответствует (или близка к точной) длине одиночной волны?

Однощелевая дифракция – одна длина волны : Визуализация дифракции с одной щелью, когда щель равна одной длине волны.

Щель, шире одной волны, будет создавать интерференционные эффекты ниже по потоку от щели. Это легче понять, если думать о щели не как о длинной щели, а как о ряде точечных источников, равномерно расположенных по ширине щели. Это можно увидеть на рисунке 2.

Дифракция с одной щелью – четыре длины волны : На этом рисунке показана дифракция с одной щелью, но щель имеет длину 4 длины волны.

Чтобы лучше изучить этот эффект, давайте рассмотрим единственную монохроматическую длину волны. Это создаст волновой фронт, который находится в одной и той же фазе. Ниже по потоку от щели свет в любой данной точке состоит из вкладов каждого из этих точечных источников. Возникающие в результате разности фаз вызваны разной длиной пути, по которому составляющие часть лучей проходят от щели.

Изменение интенсивности волны можно смоделировать математически. От центра щели дифрагирующие волны распространяются радиально. Угол минимальной интенсивности (θ 9{ 2 }\]

где x равно:

\[\dfrac { \mathrm { d } } { \lambda } \sin \theta\]

Критерий Рэлея

Критерий Рэлея определяет угол разделения между двумя источниками света, которые различимы друг от друга. Рассмотрение отражения точек от объекта под микроскопом

Цели обучения

• Объяснить значение критерия Рэлея

Пределы разрешения

Наряду с эффектами дифракции, которые мы обсуждали в предыдущих подразделах этого раздела, дифракция также ограничивает детализацию, которую мы можем получить на изображениях. показывает три различных случая пределов разрешения из-за дифракции:

Пределы разрешения : (a) Монохроматический свет, проходящий через небольшую круглую апертуру, дает эту дифракционную картину. (b) Два точечных источника света, расположенных близко друг к другу, создают перекрывающиеся изображения из-за дифракции. (c) Если они расположены ближе друг к другу, их нельзя разрешить или различить.

• (а) показывает свет, проходящий через небольшое круглое отверстие. Вы видите не резкий круговой контур, а пятно с нечеткими краями. Это связано с дифракцией, аналогичной дифракции через одиночную щель.
• (b) показывает два близко расположенных точечных источника, создающих перекрывающиеся изображения. Из-за дифракции вы едва можете различить два точечных источника.
• (с) показаны два точечных источника, которые расположены так близко друг к другу, что их уже невозможно различить.

Этот эффект можно наблюдать при прохождении света через маленькие или большие отверстия. Тот же самый эффект происходит, когда свет проходит через наши зрачки, и поэтому человеческий глаз имеет ограниченную остроту зрения.

Критерий Рэлея

В 19 веке лорд Рэлей изобрел критерий для определения того, когда два источника света различимы или разрешены. В соответствии с критериями два точечных источника считаются только что разрешенными (достаточно различимыми друг от друга, чтобы распознать два источника), если центр дифракционной картины одного непосредственно перекрывается первым минимумом дифракционной картины другого. Если расстояние между этими точками больше, то источники хорошо разрешены (т. е. их легко отличить друг от друга). Если расстояние меньше, то они не разрешаются (т. е. их нельзя отличить друг от друга). Уравнение для определения этого:

\[\theta = 1,22 \dfrac { \lambda } { \mathrm { D } }\]

в этом уравнении θ – угол, на который объекты разделены (в радианах),   λ i с длина волны света 90 331, а D — диаметр апертуры. Следовательно, при оптической микроскопии возможность разрешения двух близко расположенных объектов ограничена длиной волны света.

Критерий Рэлея : (a) Это график интенсивности дифракционной картины для круглой апертуры. Обратите внимание, что, как и в случае одиночной щели, центральный максимум шире и ярче, чем по бокам. (b) Два точечных объекта создают перекрывающиеся дифракционные картины. Здесь показан критерий Рэлея просто разрешимости. Центральный максимум одного паттерна лежит на первом минимуме другого.

Ключевые моменты

• Дифракция — это концепция, которая объясняется с помощью принципа Гюйгенса и определяется как изгиб волны вокруг краев отверстия или препятствия.
• Этот принцип можно использовать для определения отражения, как показано на рисунке. Его также можно использовать для объяснения преломления и интерференции. Все, что испытывает это явление, является волной. Применяя эту теорию к свету, проходящему через щель, мы можем доказать, что это волна.
• Принцип можно показать с помощью следующего уравнения: s=vt s – расстояние v – скорость распространения t – время Каждая точка на фронте волны излучает волну со скоростью v. Испускаемые волны имеют полукруглую форму и возникают в t, время спустя . Новый волновой фронт касается вейвлетов.
• Волновые характеристики света заставляют свет проходить через щели и интерферировать друг с другом, создавая светлые и темные области на стене за щелями. Свет, который появляется на стене за щелями, частично поглощается стеной, что характерно для частицы.
• Конструктивная интерференция возникает, когда волны интерферируют друг с другом от гребня к гребню, и волны находятся точно в фазе друг с другом. Деструктивная интерференция возникает, когда волны мешают друг другу от гребня к впадине (от пика к впадине) и точно не совпадают по фазе друг с другом.
• Каждая точка на стене имеет разное расстояние до каждой щели; на этих двух путях укладывается разное количество длин волн. Если две длины пути отличаются на половину длины волны, волны будут интерферировать разрушительно. Если длина пути отличается на целую длину волны, волны конструктивно интерферируют.
• Направления дифрагированных лучей зависят от расстояния между решетками и длины волны света, так что решетка действует как рассеивающий элемент.
Решетки
• обычно используются в монохроматорах, спектрометрах, устройствах мультиплексирования с разделением по длине волны, устройствах сжатия оптических импульсов и других оптических приборах.
• Дифракция рентгеновских лучей используется в кристаллографии для получения трехмерной картины плотности электронов внутри кристалла.
• Принцип Гюйгенса утверждает, что каждая точка волнового фронта является источником вейвлетов. Эти вейвлеты распространяются в прямом направлении с той же скоростью, что и исходная волна. Новый волновой фронт представляет собой линию, касательную ко всем вейвлетам.
• Если щель длиннее одной длины волны, думайте о ней как о ряде точечных источников, равномерно расположенных по ширине щели.
• Ниже по потоку от щели, длина которой превышает одну длину волны, свет в любой заданной точке состоит из вкладов каждого из этих точечных источников. Возникающие в результате разности фаз вызваны разной длиной пути, по которому составляющие часть лучей проходят от щели.
• Дифракция играет большую роль в разрешении, с которым мы можем видеть вещи. Существует точка, в которой два источника света могут находиться так близко друг к другу, что мы не можем их различить.
• Когда два источника света находятся близко друг к другу, они могут быть: неразрешенными (т. е. не способными отличить один от другого), только разрешенными (т. е. способными отличить их только друг от друга) и немного хорошо разрешенными (то есть легко отличить друг от друга).
• Чтобы два источника света были точно разрешены, центр одной дифракционной картины должен непосредственно перекрываться с первым минимумом другой дифракционной картины.

Ключевые термины

• дифракция : Изгиб волны вокруг краев отверстия или препятствия.
• конструктивная интерференция : Происходит, когда волны интерферируют друг с другом гребень к гребню, и волны находятся точно в фазе друг с другом.
• деструктивная интерференция : Происходит, когда волны интерферируют друг с другом от гребня к впадине (от пика к впадине) и точно не совпадают по фазе друг с другом.
• интерференция : эффект, вызванный наложением двух систем волн, например искажение сигнала вещания из-за атмосферных или других воздействий.
• радужность : Состояние или состояние радужности; выставка цветов, подобных цветам радуги; призматическая игра цвета.
• дифракция : Изгиб волны вокруг краев отверстия или препятствия.
• монохроматический : описывает луч света с одной длиной волны (т. е. одного определенного цвета или частоты).
• разрешение : Степень точности, с которой изображение может быть записано или создано, часто выражается как количество пикселей на единицу длины (обычно дюйм).

ЛИЦЕНЗИИ И ОТНОШЕНИЯ

CC ЛИЦЕНЗИОННЫЙ КОНТЕНТ, ПРЕДОСТАВЛЕННЫЙ РАНЕЕ

• Курирование и пересмотр. Предоставлено : Boundless.com. Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike

CC ЛИЦЕНЗИОННОЕ СОДЕРЖИМОЕ, ​​КОНКРЕТНОЕ АВТОРСТВО

• Колледж OpenStax, принцип Гюйгенса: дифракция. 17 сентября 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42505/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Huygensu2013Принцип Френеля. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Huygens%E2%80%93Fresnel_principle . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• дифракция. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/diffaction . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Колледж OpenStax, Принцип Гюйгенса: дифракция. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42505/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, Принцип Гюйгенса: дифракция. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42505/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, Принцип Гюйгенса: дифракция. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42505/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, эксперимент Youngu2019 с двойной щелью. 18 сентября 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42508/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Двухщелевой эксперимент Юнга. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Youngs_double-slit_experiment . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Безграничный. Предоставлено : Безграничное обучение. Расположен по адресу : www.boundless.com//physics/definition/destructive-interference . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Безграничный. Предоставлено : Безграничное обучение. Расположен по адресу : www.boundless.com//physics/definition/constructive-interference . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Колледж OpenStax, Принцип Гюйгенса: дифракция. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42505/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, Принцип Гюйгенса: дифракция. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42505/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, Принцип Гюйгенса: дифракция. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42505/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, эксперимент Youngu2019 с двойной щелью. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx. org/content/m42508/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, эксперимент Youngu2019 с двойной щелью. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStaxCNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42508/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, эксперимент Youngu2019 с двойной щелью. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42508/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Дифракционная решетка. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Diffraction_grating . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Рентгеновская дифракция. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/X-ray_diffraction . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Рентген. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/X-rays . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Радужный. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Iridescent . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Дифракция. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Diffraction%23Diffraction_grating . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Дифракционная решетка. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Diffraction_grating%23Natural_gratings . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Рентгеновская кристаллография. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/X-ray_crystallography . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Колледж OpenStax, Дифракция с несколькими щелями. 18 сентября 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42512/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• дифракция. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/diffaction . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• радужность. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/iridescence . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• помех. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/interference . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Колледж OpenStax, Принцип Гюйгенса: дифракция. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx. org/content/m42505/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, Принцип Гюйгенса: дифракция. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42505/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, Принцип Гюйгенса: дифракция. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42505/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, эксперимент Youngu2019 с двойной щелью. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42508/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, эксперимент Youngu2019 с двойной щелью. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42508/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, эксперимент Youngu2019 с двойной щелью. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStaxCNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42508/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Рентгенограмма 3clpro. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:X-ray_diffraction_pattern_3clpro.jpg . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Предоставлено : Wikimedia. Расположен по адресу : upload.wikimedia.org/Wikipedia/commons/thumb/d/d0/Compact_disc.svg/500px-Compact_disc.svg.png . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Пол Пэдли, Дифракция с одной щелью. 18 сентября 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m12915/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Дифракция на одной щели. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Single_slit_diffraction%23Single-slit_diffraction . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Безграничный. Предоставлено : Безграничное обучение. Расположен по адресу : www.boundless.com//physics/definition/монохроматический . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• дифракция. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/diffaction . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Колледж OpenStax, Принцип Гюйгенса: дифракция. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42505/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, Принцип Гюйгенса: дифракция. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx. org/content/m42505/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, Принцип Гюйгенса: дифракция. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42505/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, эксперимент Youngu2019 с двойной щелью. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42508/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, эксперимент Youngu2019 с двойной щелью. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42508/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, эксперимент Youngu2019 с двойной щелью. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStaxCNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42508/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Рентгенограмма 3clpro. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:X-ray_diffraction_pattern_3clpro.jpg . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Предоставлено : Wikimedia. Расположен по адресу : upload.wikimedia.org/Wikipedia/commons/thumb/d/d0/Compact_disc.svg/500px-Compact_disc.svg.png . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Длина волны = ширина щели спектра. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Wavelength=slitwidthspectrum.gif . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Волновая дифракция с 4 лямбда-щелями. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Wave_Diffraction_4Lambda_Slit.png . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Авторские права
• Критерий Рэлея. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Rayleigh_criterion%23Пояснение . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Колледж OpenStax, Пределы разрешения: критерий Рэлея. 17 сентября 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42517/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• дифракция. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/diffaction . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
Разрешение
• . Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/resolution . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Колледж OpenStax, Принцип Гюйгенса: дифракция. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx. org/content/m42505/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, Принцип Гюйгенса: дифракция. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42505/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, Принцип Гюйгенса: дифракция. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42505/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, эксперимент Youngu2019 с двойной щелью. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStaxCNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42508/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, эксперимент Youngu2019 с двойной щелью. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42508/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, эксперимент Youngu2019 с двойной щелью. 11 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42508/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Рентгенограмма 3clpro. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:X-ray_diffraction_pattern_3clpro.jpg . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Предоставлено : Wikimedia. Расположен по адресу : upload.wikimedia.org/Wikipedia/commons/thumb/d/d0/Compact_disc.svg/500px-Compact_disc.svg.png . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Длина волны = ширина щели спектра. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Wavelength=slitwidthspectrum.gif . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Волновая дифракция с 4 лямбда-щелями. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Wave_Diffraction_4Lambda_Slit.png . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Авторские права
• Колледж OpenStax, Пределы разрешения: критерий Рэлея.

  No related posts.