105382

Dyfrakcja (ugięcie) fal,zjawiska odstępstwa od praw optyki geometrycznej występujące przy rozchodzeniu się fal w ośrodkach niejednorodnych. Pierwsi dyfrakcję fal badali T. Young i A. Fresnel oraz H. Helmholtz, G. Kirchhoff i J. Fraunhofer.

Fala płaska padając na przesłonę, na skutek zjawiska dyfrakcji dociera również częściowo do przestrzeni leżącej w obszarze geometrycznego cienia. Dyfrakcję najprościej wytłumaczyć jest zasadą Huygensa - Fresnela, w myśl której każdy punkt przestrzeni, do którego dociera płaska fala, staje się źródłem elementarnej fali sferycznej. Fale te następnie interferują ze sobą, tworząc nowe czoło fali.

Fale elementarne powstające w obszarze jednorodnym tworzą ponownie falę płaską. Natomiast na granicy cienia zjawisko interferencji prowadzi do powstania struktury interferencyjnej cienia oraz częściowego oświetlenia obszaru leżącego w cieniu geometrycznym przeszkody. Zjawiska dyfrakcyjne występują dla każdego rodzaju ruchu falowego.

Dyfrakcja cząstek

Oprócz optyki, gdzie dyfrakcja została odkryta i opisana najwcześniej, zjawiska dyfrakcyjne występują również przy rozpraszaniu cząstek (np. elektronów, neutronów, atomów, molekuł itp.), co jest jednoznaczne ze stwierdzeniem falowych właściwości cząstek (fale de Broglie, dualistyczna natura promieniowania).

Zjawiska dyfrakcji neutronów, elektronów lub promieniowania rentgenowskiego towarzyszące rozpraszaniu, wykorzystywane są w metodach badań strukturalnych ciał stałych (warunek Braggów-Wulfa).

Interferencja fal,zjawisko wzajemnego nakładania się fal (elektromagnetycznych, mechanicznych, de Broglie itd.). Zgodnie z tzw. zasadą superpozycji fal, amplituda fali wypadkowej w każdym punkcie dana jest wzorem:

gdzie: A^, A2 * amplitudy fal cząstkowych, 0 - różnica faz obu fal.

Maksymalnie A = A1+A2 dla 0 =2k (fazy zgodne), minimalnie A=Ą-A2 dla 0 =(2k+l) (fazy przeciwne). Warunkiem zaistnienia stałego w czasie rozkładu przestrzennego amplitudy interferujących fal jest ich spójność (koherentność).

Dla fal mechanicznych i radiowych warunek spójności jest łatwy do uzyskania, natomiast dla światła zazwyczaj wymaga zastosowania układów rozdzielania i kolimowania wiązek (monochromatory) lub stosowania laserów. Wypadkowa fala, powstała z interferencji spójnych fal padających jest falą stojącą, np. dla światła obserwuje się kolejno następujące po sobie jasne i ciemne linie, krzywe, lub okręgi, w zależności od geometrii interferujących fal (tzw. prążki interferencyjne). Ciemne obszary występują w miejscach, gdzie różnica dróg optycznych wynosi 0 =(2k+l)0 /2, gdzie:-ldowolna liczba całkowita zwana rzędem interferencji, 0 - długość fali. Jasne obszary wystąpią dla 0 =(2k)0 /2=k0 .