18. Дифракция. Поляризация

Введение

Начнем рассмотрение материала с примера, который все видели, – волны на воде.

Дифракция – явление огибания волной препятствия:

1. Если препятствие сравнимо с длиной волны, то волна его огибает;

2. Если препятствие больше длины волны, то волна гасится этим препятствием.

Так как свет – это волна, то все то же самое должно происходить и со световыми волнами, но этого не наблюдается. Это объясняется тем, что длина световой волны много меньше, и поэтому препятствие должно быть сравнимо с длиной световой волны.

Долгое время было невозможно экспериментально доказать дифракцию света, пока Томас Юнг не поставил эксперимент.

В 1802 году Томас Юнг, открывший интерференцию света, поставил свой классический опыт по дифракции.

Он взял ширму и проколол булавкой в ней два отверстия ( и ). Луч света, который выходил из отверстия () другой ширмы, раскладывался на два световых пучка. При этом на экране возникало чередование светлых и темных полос – интерференционная картина (см. рис. 1).

Самым главным в этом опыте было догадаться сделать два когерентных источника, у которых разность фаз постоянна.

Френель обобщил принцип Гюйгенса, и он стал называться принцип Гюйгенса-Френеля: каждая точка фронта волны является вторичным источником, и все эти источники между собой когерентны.

Например, если у нас есть источник света , и мы мысленно окружим его сферической поверхностью, то на этой поверхности будут находиться источники, и все они будут когерентны (см. рис. 2). Поэтому, накладываясь друг на друга, они гасятся, и возникает ощущение, что свет распространяется прямолинейно.

Из явления дифракции можно понять границы применения геометрической оптики. Можно предполагать, что свет распространяется прямолинейно, только в том случае, если размеры препятствий на пути света много больше длины световой волны.

Все оптические приборы рассчитываются на основе геометрической оптики. И вроде бы согласно геометрической оптике мы можем рассматривать сколь угодно малые предметы. Но в действительности это не так, потому что в какой-то момент вступает в роль явление дифракции, происходит огибание предмета. Поэтому разрешающие способности оптических приборов (фотоаппарата, микроскопа и т.д.) ограничены длиной световой волны, которая влияет на дифракцию.

Еще одно свойство, которым обладает свет, – это поляризация.

Свет не только может распространяться по всем направлениям, но он является еще и поперечной волной.

Проведем опыт с кристаллом турмалина. Это кристалл, у которого есть ось.

Если мы поместим его между глазом и источником света, то сначала мы ничего не заметим. Но если взять вторую такую же пластинку и повернуть ее на 90 градусов, то луч света неожиданно пропадет. Это говорит о том, что после того, как свет прошел через один кристалл, фронт волны стал распространяться только в одной плоскости. И когда мы устанавливаем второй кристалл, эта плоскость гасится, так как кристалл пропускает свет только в одном направлении (см. рис. 3).

Таким образом, выяснилось, что свет – поперечная волна.

Также поперечность электромагнитных волн была доказана в теории Максвелла.

Рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Наука и жизнь (Источник)