FIZIKAS eksāmena jautājumu atbildes - Fizmati

FIZIKAS eksāmena jautājumu atbildes
11. Difrakcija. Heigensa – Freneļa princips. Difrakcijas parādību
klasifikācija.
Difrakcija ir gaismas apliekšanās ap šķēršļiem, un tā ir viena no viļņu optikas pamatparādībām. Difrakcija parādās
visos gadījumos, kad gaisma izplatās vidē ar spilgti izteiktām optiskām nehomogenitātēm (šķēršļiem, ekrāniem,
caurumiem, spraugām u.t.t.). No tās izvairīties nav iespējams.
No Heigensa principa izriet, ka gaismas viļņiem, tāpat kā citiem viļņiem ir jāapliecas ap šķēršļiem, t.i. tiem ir
jādifraģē. Bet dabā labi novērojama arī gaismas taisnvirziena izplatīšanās. Ierobežotas viļņa frontes gadījumā šis
princips ir ļoti nepilnīgs. Ar Heigensa principu gaismas difrakcijas parādības un gaismas taisnvirziena izplatīšanos
izskaidrot nevar.
Heigensa principu papildinājis Frenelis. Viņš uzskatīja, ka fiktīvie sekundāro viļņu avoti uz viļņa frontes ir koherenti
un svārstās vienādās fāzēs. Šo sekundāro viļņu avotu sūtītie starojumi pārklājoties interferē, tādēļ gaismas intensitāti
dotajā virzienā vai dotajā punktā nosaka to interferences rezultāts. To tad arī sauc par Heigensa – Freneļa principu.
Tas ir viļņu optikas pamatprincips, un izejot no tā, var izskaidrot un kvantitatīvi aprakstīt gan gaismas viļņu
difrakciju, gan gaismas taisnvirziena izplatīšanos, gan arī citas viļņu optikas parādības.
Ja punktā A (skat.att.) ir gaismas avots un jānosaka gaismas intensitāte punktā B, tad jārīkojas šādi: patvaļīgā laika
momentā ap punktu A jānovelk viļņa fronte S. Uzskata, ka pats gaismas avots ir pārstājis darboties, bet starojumu
dod koherentie sekundārie viļņu avoti uz viļņa frontes S. Virsmas elementu dS starojumi, nonākot punktā B,
interferēs un veidos te rezultējošo intensitāti. Punktā B no visiem viļņa frontes elementiem pienākošās svārstības ir
jāsummē, ievērojot to amplitūdas un fāzes. No katra virsmas elementa pienākošo svārstību amplitūda ir atkarīga no
šī elementa laukuma dS, tā attāluma līdz aplūkojamam punktam r un no elementa slīpuma pret novērošanas
virzienu, respektīvi no leņķa ϕ starp novērošanas virzienu un normāli pret aplūkojamo viļņa frontes elementu: dE 0i
= f (dS, r, ϕ ). Svārstību fāze punktā B ir atkarīga no r. Difraģētās gaismas intensitāte ir atkarīga no ekrāna
materiāla. Bet ekrāna materiāla ietekme parādās tikai tiešā ekrāna tuvumā attālumos, kas mazāki par gaismas viļņa
garumu.
S
A
dS
)
ϕ r
n
B
Visas difrekcijas parādības iedala 2 grupās atkarībā no novērošanas veida. Ja difrakcijas ainas novērošanas atrodas
galīgā attālumā no šķēršļa, ap kuru notiek difrakcija, jeb ja difrakciju novēro saejošos (vispār neparalēlos) staros, tad
to sauc par Freneļa difrakciju. Ja difrakcijas ainas novērošanas vieta atrodas bezgalīgi tālu no šķēršļa, ap kuru notiek
difrakcija, jeb ja difrakciju novēro paralēlos staros, tad to sauc par Fraunhofera difrakciju.
13. Difrakcijas teorijas Fraunhofera tuvinājums. Lēca kā Furjē attēla
realizētāja. Attēla veidošanas difrakcijas teorija.
Ja difrakcijas ainas novērošanas vieta atrodas bezgalīgi tālu no šķēršļa, ap kuru notiek difrakcija, jeb ja difrakciju
novēro paralēlos staros, tad to sauc par Fraunhofera difrakciju. F.d. parasti novēro savācējlēcas fokālajā plaknē, jo
tajā krustojas uz lēcu krītoši paralēli stari, vai tālskatī. Šķērsli, ap kuru notiek difrakcija, var apgaismot gan ar
Šis darbs ir nācis no http://datzb.intelctuals.net/ - LU FMF DatZB Darbu Arhīva 45/45
©2002-2003 DatZB Team