Dyfrakcja

1

Dyfrakcja

Dyfrakcja na podwójnej szczelinie

Dyfrakcja (ugięcie fali) to zjawisko

fizyczne zmiany kierunku rozchodzenia się

fali na krawędziach przeszkód oraz w ich

pobliżu. Zjawisko zachodzi dla wszystkich

wielkości przeszkód, ale wyraźnie jest

obserwowane dla przeszkód o rozmiarach

porównywalnych z długością fali.

Dyfrakcja używana jest do badania fal oraz

obiektów o niewielkich rozmiarach, w tym i

kryształów, ogranicza jednak zdolność

rozdzielczą układów optycznych.

Jeżeli wiązka fal przechodzi przez szczelinę

lub omija obiekt, to zachodzi zjawisko

ugięcia. Zgodnie z zasadą Huygensa fala

rozchodzi się w ten sposób, że każdy punkt

fali staje się nowym źródłem fali kulistej. Za

przeszkodą fale nakładają się na siebie zgodnie z zasadą superpozycji. Przy spełnieniu pewnych warunków za

przeszkodą pojawiają się obszary wzmocnienia i osłabienia rozchodzących się fal (interferencja).

Zjawisko dyfrakcji występuje dla wszystkich rodzajów fal np. fal elektromagnetycznych, fal dźwiękowych oraz fal

materii.

Jeden z najprostszych przykładów zjawiska dyfrakcji zachodzi, gdy równoległa wiązka światła (np z lasera)

przechodzi przez wąską pojedynczą szczelinę zwaną szczeliną dyfrakcyjną. Zgodnie z zasadą Huygensa każdy punkt

szczeliny o szerokości d, jest nowym źródłem fali. Między źródłami zachodzi interferencja, co powoduje

wzmacnianie i osłabianie światła rozchodzącego się w różnych kierunkach. Dla pojedynczej szczeliny jasność w

funkcji kąta odchylenia od osi przyjmuje postać:

,

gdzie:

Dyfrakcja

2

• I – intensywność światła,

• I

0

– intensywność światła w maksimum, czyli dla kąta równego 0,

• λ – długość fali,

• d – szerokość szczeliny,

• funkcja sinc(x) = sin(x)/x.

Przepuszczenie fali przez szczelinę dyfrakcyjną pozwala na określenie kierunku rozchodzenia się fali. Im mniejsza

jest szerokość szczeliny, tym dokładniej można to zrobić. Jednocześnie zmniejszanie szczeliny powoduje, że trudniej

jest określić energię fali, ponieważ rozprasza się ona na większy obszar. W efekcie iloczyn błędu określenia energii

oraz błędu pomiaru kierunku musi być większy od pewnej stałej. Oznacza to, że istnieje granica dokładności

pomiaru parametrów rozchodzącej się fali. Zjawisko to ma fundamentalne znaczenie, jeżeli weźmie się pod uwagę,

że każda materialna cząstka jest falą. Zjawisko to jest potwierdzeniem zasady nieoznaczoności. Dualizm

korpuskularno-falowy powoduje, że możliwa jest obserwacja dyfrakcji cząstek materialnych. Eksperymenty

udowodniły, że zjawisko to zachodzi dla elektronów i neutronów

Aby wzmocnić falę przechodzącą przez szczelinę stosuje się w optyce układy wielu takich szczelin, nazywane siatką

dyfrakcyjną. Efekty optyczne od każdej szczeliny dodają się, przez co zachowanie fali zależy tylko od stałej siatki

(odległości dzielącej najbliższe sobie rysy).

Zjawisko dyfrakcji zachodzi również, kiedy fale przechodzą przez wiele blisko siebie położonych warstw. Jeżeli

odległość między warstwami jest stała, kolejne maksima fali można opisać zależnością:

,

gdzie:

• d – stała siatki,

• θ – kąt od osi wiązki światła,

• λ – długość fali,

• n – przyjmuje wartości całkowite dodatnie od 1,2,3,...

Dla promieniowania rentgenowskiego zjawisko to pozwala na obserwacje kolejnych warstw kryształu. W świetle

widzialnym dyfrakcję na warstwach można obserwować jako rozproszenie światła białego na powierzchni płyty CD.

Kolejne ścieżki tworzą następujące po sobie warstwy, na których fale o różnych kolorach, załamują się pod różnym

kątem. W efekcie światło białe rozdziela się na poszczególne barwy.

Fala, która omija przeszkodę mniejszą niż długość fali nie reaguje na tak mały obiekt. Fakt ten powoduje

konieczność stosowania krótszych fal do obserwacji mniejszych przedmiotów. Aby obserwować strukturę

krystaliczną materii, konieczne jest użycie fal rentgenowskich. Zjawisko dyfrakcji pozwoliło na rozwój

krystalografii rentgenowskiej, dzięki której badano strukturę kryształów, odkryto także strukturę spirali DNA.

W procesie produkcji układów scalonych wykorzystuje się światło do rysowania kształtu obwodu elektrycznego na

podłożu. Zjawisko dyfrakcji zmusza producentów mikroprocesorów do zastosowania fal dwa razy krótszych niż

konieczna szerokość ścieżek struktury układu. Dla obwodów o dokładności 0,13 μm, oznacza to konieczność

posłużenia się ultrafioletem. Jeżeli układy scalone mają się rozwijać zgodnie z prawem Moore'a, konieczne jest

wdrożenie nowych technologii opierających się na falach coraz mniejszej długości. Światło ulega największemu

załamaniu w narożach i zakrętach ścieżek maski, więc konstruktorzy obecnie tak modyfikują maskę w narożach

otworów i na zakrętach ścieżek, by zminimalizować, a wręcz wykorzystać efekty dyfrakcji, długość światła dobiera

się tak by pierwsze prążki interferencyjne równoległych ścieżek nie nakładały się w miejscach przerw między

ścieżkami, poprawiono własności emulsji. Po dokonaniu tych zmian wyżej wymienione kryterium długości fali

udało się złagodzić.

Dyfrakcja

3

Zobacz też

• doświadczenie Younga

• optyka

• pryzmat

• rozproszenie

Linki zewnętrzne

• Proste doświadczenia ilustrujące dyfrakcję

[1]

Przypisy

[1] http:/

/

www.

pl.

euhou.

net/

index.

php?option=com_content&

task=view&

id=164&

Itemid=13

Źródła i autorzy artykułu

4

Źródła i autorzy artykułu

Dyfrakcja  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?oldid=21525628  Autorzy: 4C, CiaPan, Darekm, DrJolo, Ed88, Fizykaa, Kb, KrzysiekS, LukKot, Mad, Marcin Otorowski, Mpfiz, Mrug,
NH2501, Stepa, Stok, Superborsuk, Tilia, 28 anonimowych edycji

Źródła, licencje i autorzy grafik

File:Two-Slit_Diffraction.png  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Two-Slit_Diffraction.png  Licencja: GNU Free Documentation License  Autorzy: Glenn, Peo, SharkD,
Snaily

Plik:dyfrakcja.png  Źródło: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Dyfrakcja.png  Licencja: GNU Free Documentation License  Autorzy: Amber, Superborsuk

Licencja

Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
http:/

/

creativecommons.

org/

licenses/

by-sa/

3.

0/