Дифракция

Гюйгенс-Френель принципі. Жарық тың толқ ындық сипаты білінетін қ ұ былыстардың бірі дифракция қ ұ былысы болады. Дифракция деп жарық тың тү зу сызық ты жолдан бұ рылу қ ұ былысы айтылады.

Дифракция қ ұ былысы тек жарық қ а ғ ана емес, басқ а да толқ ындық процестерге тә н қ ұ былыс. Мысалы, дыбыс толқ ындары да жолында кездескен бө гетті айнала бұ рылып таралады.

Дифракция қ ұ былысын жарық тың толқ ындық теориясы бойынша толық тү сіндіруге болады. Бірақ ол ү шін Гюйгенс принципі жеткіліксіз. Ө йткені бұ л принципке сү йеніп дифракцияланғ ан жарық толқ ындарының интенсивтігін табуғ а болмайды, бұ л принцип тек жарық тың таралу бағ ытын анық тау ә дісі болып табылады. Сө йтіп элементар толқ ындар мен интерференция жайындағ ы идеялардан жарық тың толқ ындық теориясының негізгі принципі – Гюйгенс-Френель принципі келіп шығ ады. Сонда бұ л принцип бойынша толқ ындық беттің алдың ғ ы жағ ындағ ы бір нү ктедегі, тербелісті табу ү шін сол нү ктедегі толқ ындық беттің барлық элементтерінен келген тербелістерді тауып, одан соң олардың амплитудалары мен фазаларын есепке ала отырып, оларды ө зара қ осу керек.

Гюйгенс принципі тү сіндіре алмайтын жарық тың тү зу сызық бойымен таралу заң ын Гюйгенс-Френель принципі бойынша тү сіндіруге болатын. Бұ л мә селені ең алғ аш 1815 жылы Френель шешкен болатын. Сонда ол кү рделі есеп шығ арудың орнына зоналар ә дісі деп аталатын кө рнекі ә дісті қ олданды. Бұ л ә діс толқ ындық бетті ойша дө ң гелек зоналарғ а бө луге жә не олардан таралып бір-біріне қ осылысып интерференцияланғ ан элементар толқ ындардың амплитудалары мен фазаларын есепке алуғ а негізделген.

Егер жарық дифракцияланатын бө гет жарық кө зі мен бақ ылау нү ктесіне жақ ын болса, немесе ол бұ лардың біреуінен онша алыс болмаса, сондағ ы байқ алатын жарық дифракциясы Френель дифракциясы деп аталады.

1. Жарық тың кішкене дө ң гелек тесіктен ө ткенде дифракциялануы. Жарқ ырауық S нү ктеден (4-сурет) таралғ ан жарық жолына экран қ оялық, оның кішкене дө ң гелек тесігі (MN) болсын, сонда S пен MN тесігінің центрінен ө тетін тү зудің бойында жатқ ан P нү ктесінің жарық талынуы қ алай болады, соны қ арастырайық.

Егер тесіктен жарық кө зі мен бақ ылау нү ктесіне дейінгі аралық тар тұ рақ ты болғ ан жағ дайда тесік жайлап ү лкейтілсе, онда одан ө тетін зоналар саны кө бейеді, олардың саны тақ болғ анда Р нү ктесінің жарық талынуы кү шейді, жұ п болғ анда – нашарлайды.

Тесікке сиятын зоналардың саны тек тесіктің ү лкен-кішілігіне ғ ана тә уелді емес. Ол Р нү ктесінің тесіктен қ ашық тығ ына да байланысты. Мысалы, Р нү ктесі тесікке жақ ындатылса, зонаның ауданы кішірейеді, тесік ө лшемі ө згермегенмен, енді сол тесікке сиятын зоналар саны артады, олардың тақ не жұ п болуына байланысты бақ ыланғ ан нү кте не жарық не қ ара-қ оң ыр болады. Сө йтіп ОР тү зуінің бойында жатқ ан нү ктелердің кейбіреулері жарық болса, кейбіреулері қ ара-қ оң ыр болады.

2. Жарық тың кішкене дө ң гелек экран шетінен дифракциялануы. Енді жарқ ырауық S нү ктеден (5-сурет) таралғ ан сфералық жарық толқ ынының жолында кішкене дө ң гелек MN экран (дискі) тұ рғ ан болсын. Сонда ол экран Σ толқ ындық беттің орталық бө лігін бө гелтеді. Осы экранның центрінен перпендикуляр етіп жү ргізілген тү зудің бойында жатқ ан бір Р нү ктесіне ө тетін жарық тың ә сері қ андай болатынын қ арастырайық. Ол ү шін Σ толқ ындық бетті Френель зоналарына бө леміз. Кө ршілес зоналардың сә йкес нү ктелерінің Р-ден ара қ ашық тық тарының айырмасын -ғ а тең етіп аламыз. Сонда ә рбір жұ п зонаның ә серін оғ ан кө ршілес екі тақ зона жартыларының ә сері жойып жібереді. Сө йтіп экран бө гелтпеген барлық зоналардың Р нү ктесіне ететін ә сері экранның шетіне тікелей тиіп

жатқ ан зонаның жартысының ә серіндей болады.

5-сурет

Бұ л жарты зонаның барлық нү ктелерінен Р-ғ а келген жарық тербелістерінің фазалары бірдей, сондық тан олар бірін-бірі кү шейтеді. Сө йтіп дө ң гелек экранның геометриялық кө лең кесінің центрінде кішкене жарық дақ болады.