4640480675

Rys. 37.1. Ten obraz dyfrakcyjny pojawił się na ekranie obserwacyjnym, kiedy światło, które przeszło przez wąską szczelinę, dotarło do ekranu. Dyfrakcja sprawia, że światło pojawia się poza szczeliną w wielu kierunkach prostopadłych do jej długich krawędzi. Powstaje obraz interferencyjny składający się z szerokiego maksimum środkowego i mniej intensywnych i węższych maksimów bocznych rozdzielonych minimami

Rys. 37.2. Obraz dyfrakcyjny wytworzony przez żyletkę oświetloną światłem monochromatycznym. Zwróć uwagę na naprzemienne linie maksimum i minimum natężenia światła

37.1. Dyfrakcja i falowa teoria światła

W rozdziale 36, w którym mówiliśmy już o dyfrakcji (czyli ugięciu światła), rozumieliśmy przez ten termin jedynie rozprzestrzenianie się światła, które wydostaje się z wąskiej szczeliny w cały obszar za szczeliną. Jednak zjawisko dyfrakcji to więcej niż tylko rozprzestrzenianie się światła, w wyniku dyfrakcji powstaje bowiem złożony z prążków obraz interferencyjny, zwany obrazem dyfrakcyjnym. Kiedy na przykład światło monochromatyczne z odległego źródła (lub z lasera) przechodzi przez wąską szczelinę i pada następnie na ekran obserwacyjny, to wytwarza ono na ekranie obraz dyfrakcyjny, taki jak ten pokazany na rysunku 37.1. Obraz ten składa się z szerokiego i intensywnego (bardzo jasnego) środkowego maksimum, a po obu jego stronach występuje pewna liczba węższych i nie tak już intensywnych maksimów bocznych. Między nimi występują minima.

W optyce geometrycznej taki obraz byłby całkowicie nieoczekiwany: jeśli bowiem światło rozchodziłoby się po liniach prostych, jak promienie świetlne, to szczelina przepuściłaby niektóre z tych promieni i na ekranie obserwacyjnym odtworzyłyby one ostrą, jasną szczelinę. I tym razem, tak jak w rozdziale 36 musimy dojść do wniosku, że optyka geometryczna jest tylko przybliżeniem.

Dyfrakcja światła nie ogranicza się tylko do sytuacji, kiedy światło przechodzi przez wąskie szczeliny lub otwory. Dochodzi do niej również na krawędziach nieprzezroczystych przesłon, takich jak krawędzie żyletki, której obraz dyfrakcyjny pokazany jest na rysunku 37.2. Zwróć uwagę, że linie maksimów i minimów ciągną się równolegle wokół krawędzi żyletki zarówno wewnętrzych, jak i zewnętrznych. Kiedy światło pada na. powiedzmy, lewą pionową krawędź żyletki, ugina się na niej i rozprzestrzeniając się zarówno na prawo, jak i na lewo poza krawędzią, ulega interferencji, tworząc obraz widoczny wzdłuż lewej krawędzi. Większa część prawej strony obrazu znajduje się w obszarze, który zgodnie z prawami optyki geometrycznej jest obszarem cienia żyletki.

Często spotykanym, niejako naturalnym przykładem dyfrakcji są efekty pojawiające się przy obserwacji czystego, niebieskiego nieba. Możesz wówczas w^r polu widzenia spostrzec plamki i włosowate struktury. Te struktury, zwane „latającymi muszkami”, powstają przy uginaniu się światła na krawędziach bardzo drobnych zmętnień (zagęszczeń) w ciele szklistym przezroczystej substancji wypełniającej większość gałki ocznej. To co widzisz w polu widzenia twego oka, to obraz dyfrakcyjny wytwarzany na siatkówce przez jedno z takich zmętnień. Jeżeli spoglądasz przez mały otworek w nieprzezroczystym ekranie, tak że

wpadające do twojego oka światło jest w przybliżeniu falą płaską, to możesz

%

rozróżnić poszczególne maksima i minima w obrazie.

Jasna plamka Fresnela

Zjawisko dyfrakcji bez trudu można objaśnić w ramach falowej teorii światła. Jednak akceptacja tej teorii, którą pierwotnie u schyłku XVII wieku wprowadził Huygens, a w 123 lata później Young wykorzystał do objaśnienia wyników doświadczenia z dwiema szczelinami, przebiegała bardzo powoli, głównie dlatego, że była ona przeciwstawna teorii światła Newtona, zgodnie z którą światło było strumieniem cząstek.

111

37.1. Dyfrakcjo i falowa teoria światła