Фраунгофер дифракциясы

Егер бөгет жарық көзінен өте алыс болса, онда сол бөгетке түсетін жарық шоғы параллель болады, өйткені шексіз қашық толқындық бетті жазық бет деп санауға болады. Егер осындай жазық жарық толқыны дифракцияланғаннан соң жарық сәулелері бұрынғыша параллель болып таралса, сондағы байқалатын жарық дифракциясы Фраунгофер дифракциясы немесе параллель сәулелер дифракциясы деп аталады.

Параллель сәулелердің тар саңылаудан өткенде дифракциялануы.Монохромат жарық параллель шоғының жолына өте тар а саңылау бар АВ бөгеті тұрсын (4-сурет). Сонда толқындық беттің саңылаудың жазықтығына дәл келіп тұрған бөлігінің барлық нүктелерінің тербеліс фазалары бірдей болады. Енді осы жарық толқындарының бастапқы таралу бағытпен φ бұрышын жасайтын бағытта тараған жарықтың дифракциясын қарастырайық. Ол үшін толқындық бетті MN бағытына перпендикуляр, бір-бірінен қашықтығы -ға тең, бірнеше параллель жазықтықтар жүргізіп, Френель зоналарына бөлеміз. Сонда а саңылауынан өткен екі шеткі сәулелердің оптикалық жолдар айырмасы мыаған тең болады:

. (4)

4-сурет

Саңылауға сиятын Френель зоналарының саны бақылау (φ) бұрышына, саңылаудың еніне (а) және оған түскен монохромат жарық толқынының ұзындығына (𝛌) байланысты.

Олай болса, зоналар саны жұп болса, онда бақылау нүктесіндегі жарық нашар болып көрінеді де, оның минимум шарты:

,(5)

мұнда

Егер зоналар саны тақ болса, онда Р нүктесінде жарықтың күшейгендігін байқаймыз. Бұл кезде максимум шарты:

.(6)

Бұл екі теңдеуден мынандай қорытынды шығады: егер саңылаудан өткен екі шеткі сәуленің жол айырмасы жұп жарты толқын ұзындығына тең болса, онда дифракцияланған жарық толқындары бірін-бірі әлсіретеді, ал егер сол жолдар айырмасы тақ жарты толқын ұзындығына тең болса, дифракцияланған жарық толқындары бірін-бірі күшейтеді.

Дифракциялық торлар. Егер жарық бір саңылаудан емес, қатарласқан бірнеше саңылаудан өткізілсе, онда байқалатын дифракциялық жолақтар енсіз және жарығырақ болады. Енділігі бірдей, өзара параллель орналасқан саңылаулар жиыны әдетте дифракциялық тор деп аталады..

Тордың мөлдір саңылауларының ені а, мөлдір емес аралықтары b болсын. Ал а+ b=d шамасын тордың периоды немесе тұрақтысы деп атайды. Фазалар айырмасы көршілес саңылаулардан таралған жарық шоқтарының сәйкес екі шеткі сәулесінің жол айырымына байланысты болады

(7)

Егер осы жол айырмасы жарты толқындардың жұп санына тең болса, онда φ бағыты бойынша таралған көршілес жарық шоқтары қосылысқанда бір-бірін күшейтеді, дифракциялық жолақ жарық болады. Бұл жағдайда дифрацияланған монохромат жарықтың күшею шарты мынадай болады:

.(8)

мұндағы

Егер көршілес шоқтардың сәйкес екі сәулесінің жол айырмасы жарты толқындардың тақ санына тең болса, онда жарық шоқтары бір-бірін әлсіретеді, дифракциялық жолақ қара-қоңыр болады. Бұл жағдайда дифрацияланған монохромат жарықтың әлсіреу шарты мынадай болады:

.(9)

мұндағы

(8)-өрнек арқылы анықталатын дифракциялық максимумдар ұлы максимумдар деп аталады. Егер болса, орталық жолақ, яғни нөлінші максимум; болса орталық жолақтың екі жағындағы бірінші ұлы максимумдар, т.с.с. байқалады. Сөйтіп нөлінші максимум мен ұлы максимумдар байқалатын бағыттар үшін:

.

Егер когерент жарықтың бірінші шоғы екінші шоғын, үшінші шоғы төртінші шоғын әлсірететін болса, онда жолақтар жарық болмайды, олардың интенсивтігінің минимумының орындары (9)-өрнек бойынша анықталады:

.

Сөйтіп саңылауы өте көп дифракциялық торға монохромат жарық шоғы түскенде жинағыш линзаның ұлы фокус жазықтығында аралықтары қара-қоңыр өте енсіз бір түсті жолақтар, іс жүзінде сызықтар, байқалады.

Студенттердің өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтары:

1. Дифракция дегеніміз не?

2. Гюйгенс-Френель принципін түсіндіріңіз.

3. Френель дифракциясы дегеніміз қандай дифракция?

4. Дифракциялық тордан өткен сәулелердің максимум шарты қалай өрнектеледі?

5. Дифракциялық минимум шартын жазыңыз.

6. Френельдің зоналар әдісін түсіндіріңіз.