Дыфракцыя Фраўнгофера. Спектральны аналіз электрамагнітнай хвалі святла

Дыфракцыя - гэта пэўная сукупнасць з'яў, якія назіраюцца пры руху светлавых хваляў скрозь сераду з рэзка выяўленымі неаднародных (малыя адтуліны, непразрыстыя экраны і г.д.). Яны звязаны з адхіленнем ад прынцыпаў геаметрычнай оптыкі. Сутнасць гэтага паняцця заключаецца ў здольнасці электрамагнітнага выпраменьвання абгінаць любыя перашкоды. Дыфракцыя Фраўнгофера мае ў оптыцы значна большае прыкладное значэнне, чым дыфракцыйныя з'явы Френкеля.

Дзякуючы гэтаму ўласцівасці, электрамагнітныя хвалі святла, агінаючы перашкоды, трапляюць у вобласць так званай геаметрычнай цені і пранікаюць у адтуліны невялікага дыяметра. Праходзячы праз іх, хвалі распадаюцца на складнікі, што адкрывае шырокія магчымасці для вывучэння і спектральнага аналізу прыроды светлавых даследаванняў. Пры гэтым дыфракцыя Фраўнгофера мяркуе адпаведнасць памераў адтулін даўжыні хвалі.

Дадзенае з'ява таксама тлумачыцца пры дапамозе прынцыпу Гюйгенса - Френкеля. Ён ужываецца для вырашэння некаторых задач, звязаных з пошукамі ў галіне размеркавання інтэнсіўнасці светлавых выпраменьванняў і іх распаўсюджвання ў розных асяроддзях з перашкодамі. Адкрыццё з'явы дыфракцыі ў свой час паслужыла ключавым доказам хвалевай прыроды святла. Першая колькасная тэорыя дадзенага з'явы належыць французскаму фізіку Фрэнкель. Зрэшты, яго пастулаты дагэтуль маюць галоўным чынам тэарэтычнае значэнне.

А дыфракцыя Фраўнгофера мае і практычнае ажыццяўленне, пры якім крыніца светлавых выпраменьванняў змяшчаецца ў фокус лінзы. Яна не патрабуецца, калі крыніцай з'яўляецца лазер, паколькі ён пускае паралельны пучок выпраменьвання. Дыфракцыя Фраўнгофера ўзнікае на якім-небудзь перашкодзе, устаноўленым на шляху светлавых прамянёў, якія праходзяць скрозь лінзу. Карціна дадзенага аптычнага з'явы назіраецца факальнай плоскасці іншы лінзы, размешчанай за перашкодай.

Але найпростым для разлікаў і надзвычай важным для практычнай оптыкі выпадкам з'яўляецца дыфракцыя Фраўнгофера на адной шчыліны вялікай даўжыні прастакутнага перасеку. У гэтым выпадку на адтуліну падае манахраматычнага плоская хваля. Светлавое поле за шчылінай будуецца паводле прынцыпу Гюйгенса як вынік інтэрферэнцыі кагерэнтнай другаснай хвалі. Усе хвалі такога тыпу зыходзяць з розных участкаў хвалевага фронту. Асноўнай асаблівасцю дыфракцыйнай карціны з'яўляецца тое, што другасныя хвалі, якія выпраменьваюцца паласой хвалевага фронту, складаючыся пасля праходжання перашкоды, утвараюць адну цыліндрычную хвалю, воссю якой служыць гэтая паласа.

Дыфракцыйная карціна ў гэтым выпадку ўяўляе сабой чаргаванне светлых участкаў з цёмнымі і характарызуецца наяўнасцю яркай плямы ў цэнтры, дзе размешчана зона геаметрычнай цені. Характэрна тое, што для белага святла карціна будзе афарбаванай. Цэнтральная паласа пры гэтым будзе светлай, а астатнія будуць чаргавацца па колеры ад фіялетавага да чырвонага. Дыфракцыя Фраўнгофера на шчыліны стварае размытае выява крыніцы святла, якое падзелена цёмнымі палосамі. Дыфракцыйная карціна на малых адтулінах дае сістэму канцэнтрычных акружнасцяў з цёмным плямай Пуасона ў цэнтры. Светлыя палосы, якія ўзнікаюць на экране, называюцца дыфракцыйную максімумамі, а цёмныя - мінімум.

З'ява дыфракцыі ўжываецца для дакладнага вымярэння даўжыні светлавых хваль. Таксама яно ўлічваецца пры канструяванні розных аптычных прыбораў, паколькі дадзенае з'ява накладвае некаторыя абмежаванні і на іх магчымай здольнасцю.