dyfrakcja

1

DYFRAKCJA

Fala przechodząca przez otwór w przesłonie ulega
ugięciu, czyli dyfrakcji.

Dyfrakcja powoduje poszerzanie się wąskich
wiązek światła.

dyfrakcja

2

DYFRAKCJA

Dyfrakcją, nazywamy zespół zjawisk związanych
z falową naturą światła, które ujawniają się podczas
rozchodzenia się światła w ośrodku zawierającym silne
niejednorodności (otwory w przesłonach, krawędzie ciał
nieprzeźroczystych)

Jeśli na drodze równoległej wiązki światła znajduje się
nieprzezroczysta przeszkoda z otworem, to na ekranie,
umieszczonym w pewnej odległości od przeszkody,
obserwuje się pole świetlne o rozmytym brzegu
i o średnicy większej od średnicy otworu.

Pole to jest tym wyraźniejsze, im mniejszy jest otwór
i im większa jest spójność wiązki świetlnej.

Na ekranie oprócz rozmytego widoku pola otworu,
występują prążki interferencyjne, zwane dyfrakcjami.

Rozróżnia

się

dwa

rodzaje

dyfrakcji:

Fresnela

i Fraunhofera, zwane również dyfrakcją w bliskim
i dalekim polu.

Dyfrakcję

Fresnela

obserwuje się na ekranie, gdy

odległość ekranu od otworu jest niewielka,

Dyfrakcję

Fraunhofera

gdy odległość jest odpowiednio

duża, w szczególności nieskończona..

dyfrakcja

3

DYFRAKCJA

Podstawy teoretyczne dyfrakcji wynikają z zasady
Huygensa. Głosi ona, że każdy punkt powierzchni
czołowej fali świetlnej jest źródłem wtórnych fal
sferycznych, a postępujące w przestrzeni zaburzenie
falowe jest wynikiem wzajemnego nakładania się fal.

Ś

cisłe rozwiązanie zagadnień dyfrakcji np. równania

falowego przy warunkach brzegowych zależnych od
rodzaju przesłon jest bardzo trudne. Najczęściej
analitycznie nie jest możliwe. Z tego powodu stosuje się
metody przybliżone.

POWIERZCHNIA FALOWA

Powierzchnia falowa,

(

czoło fali

) jest to miejsce

geometryczne punktów ośrodka, w których w danej
chwili faza ma tą samą wartość.

Każdej wartości fazy odpowiada rodzina powierzchni
falowych.

W przypadku, gdy w ośrodku rozchodzi się krótkotrwałe
zaburzenie powierzchnią falową nazywa się granicę
między zaburzoną a niezaburzoną częścią.

Powierzchnie falowe przemieszczają się w ośrodku
w sposób ciągły, zwykle ulegając przy tym zniekształ-
ceniom.

dyfrakcja

4

ZASADA HUYGENSA

Wszystkie punkty czoła fali zachowują się jak punktowe
ź

ródła elementarnych kulistych fal wtórnych. Po czasie t

nowe położenie czoła fali jest wyznaczone przez
powierzchnię styczną do powierzchni fal wtórnych

Zakłada się, że fale wtórne biegną tylko „do przodu”,
czyli w kierunkach tworzących kąty ostre z kierunkami
normalnej zewnętrznej do czoła fali pierwotnej.

(faza fal wtórnych wyprzedza fazę fali pierwotnej o

π

/2).

W wyniku dyfrakcji powstaje złożony z prążków obraz
interferencyjny, nazywany

obrazem dyfrakcyjnym

dyfrakcja

5

POJEDYNCZA SZCZELINA

DYFRAKCJA FRAUNHOFFERA

minima

∆φ

=

±

2m

π

(

m

=

1, 2, 3, ...)

2

2

sin

2

2

0













∆

∆

=

ϕ

ϕ

I

I

dyfrakcja

6

DYFRAKCJA FRAUNHOFFERA

obraz szczeliny

dyfrakcja

7

DYFRAKCJA FRESNELA

gdy nie można pominąć zakrzywienia powierzchni
falowej fali padającej lub fali ugiętej.

okrągły otwór nieprzezroczysty krążek

dyfrakcja

8

ROZDZIELCZOŚĆ

Kryterium Rayleigha –
centralne maksimum pierwszego obrazu
pokrywa się z pierwszym minimum drugiego

sin

θ

R

= 1,22

λ

/d

Im mniejsza długość fali tym większa rozdzielczość.

rysunki z:
D.Halliday, R.Resnick, J.Walker „Podstawy fizyki”,

tom4, PWN Warszawa 2003