Effetti delle onde: diffrazione della luce

Diffrazione della luce - l'effetto che si verifica quando le onde si propagano. Si manifesta in una deviazione dalle leggi dell'ottica geometrica. Con diversi fenomeni ondulatori, è possibile rintracciare la stessa natura dei principi in base ai quali fluiscono.

Interferenze e diffrazione della luce

Va notato che questi due concetti sono considerati inseparabili. Di regola, la diffrazione è considerata un caso speciale. Le onde sono limitate nello spazio. Interferenze di luce - il fenomeno dell'aggiunta di vibrazioni. In alcuni punti dello spazio, l'ampiezza aumenta a causa della sovrapposizione delle onde. Allo stesso tempo, in altri punti l'ampiezza diminuisce. Gli alti e bassi si alternano, formando un modello di interferenza. La costanza si osserva solo nel caso di coerenza delle oscillazioni aggiunte, cioè quando la loro differenza è costante. Oscillazioni coerenti - onde della stessa frequenza. Ecco perché in pratica l'interferenza delle vibrazioni monocromatiche è più spesso studiata. Va notato che la proprietà generale di tutti gli effetti di diffrazione è una chiara dipendenza dal rapporto tra la grandezza di λ e d, dove λ è la lunghezza d'onda e d è la dimensione della larghezza del fronte d'onda.

Significato del fenomeno

Nella maggior parte dei casi pratici, la larghezza del fronte d'onda è limitata. Ciò significa che il fenomeno della deviazione dalle leggi ottiche accompagna quasi ogni processo ondulatorio. La diffrazione della luce imposta la risoluzione di qualsiasi, anche il più semplice dispositivo ottico. Quando si progettano sistemi più complessi, questa caratteristica è più spesso limitata da aberrazioni. Aumentano con l'aumentare del diametro dell'obiettivo della fotocamera. I fotografi conoscono il fenomeno del miglioramento della qualità dell'immagine quando l'obiettivo è diaframmato.

Casi di abbandono

Il fenomeno della diffrazione della luce può influenzare il corso dei calcoli nel processo di studio, solo se le disomogeneità del mezzo ottico sono comparabili per dimensioni con lunghezza d'onda. Quindi l'effetto delle onde sparse. Ma non appena le disomogeneità diventano 3-4 ordini più lunghi della lunghezza d'onda, la diffrazione viene spesso trascurata. In questo caso, la propagazione dell'onda è descritta molto accuratamente dal sistema di leggi dell'ottica geometrica.

Diverse interpretazioni dell'effetto

In momenti diversi, la diffrazione della luce è stata compresa e spiegata in modi diversi. Una delle prime interpretazioni ha suggerito che l'onda si piega attorno a un ostacolo. In altre parole, penetra nella regione dell'ombra geometrica. Ma secondo gli standard moderni, questa interpretazione è troppo ristretta. Secondo i ricercatori, non descrive adeguatamente gli effetti che si verificano. Nella scienza moderna, una vasta gamma di fenomeni è associata alla diffrazione. Si verificano quando le onde si propagano in supporti ottici non omogenei.

Come è l'effetto?

La diffrazione della luce può essere rilevata nella trasformazione spaziale delle strutture ondulatorie. Questo può essere considerato in qualche modo "arrotondando" l'onda di quello esistente per l'ostacolo che è sorto. In altre situazioni, la ragione potrebbe essere l'espansione del settore di propagazione del raggio o la loro deviazione verso un certo lato. Inoltre, la diffrazione della luce può manifestarsi nella decomposizione spettrale delle onde in frequenza. Inoltre, l'effetto in questione può essere rilevato nella trasformazione della polarizzazione dell'onda o in un cambiamento nella struttura delle fasi. Ad oggi, i più studiati sono gli effetti acustici e onde elettromagnetiche (ottico in particolare). Le onde gravitazionali-capillari sulla superficie di un liquido hanno subito ricerche e sono sufficientemente spiegate.

Alcune funzionalità

Le caratteristiche del campo d'onda, come la sua dimensione e struttura originale, giocano un ruolo importante nel fenomeno della diffrazione. Nel caso in cui le disomogeneità del sistema ottico siano comparabili o inferiori alla lunghezza d'onda, si notano cambiamenti significativi nei parametri. Per una migliore comprensione, puoi considerare un semplice esempio. Abbiamo un raggio d'onda spazialmente limitato. Anche se il supporto ottico è omogeneo, avrà la proprietà di "sfocatura". Un tale effetto non può essere descritto con l'aiuto dell'apparato dell'ottica geometrica. Ma la scienza moderna è già ricca di un concetto come la divergenza della diffrazione. È grazie a lui che è possibile descrivere la manifestazione di questo effetto nella misura massima. Si noti che il vincolo originale e la struttura del campo d'onda nello spazio spesso sorgono non solo a causa della presenza di elementi di assorbimento o riflessione. Spesso appaiono già nella generazione iniziale del medium considerato.

Casi speciali

Supponiamo di avere un mezzo ottico in cui si nota una variazione uniforme della velocità dell'onda da punto a punto. Smoothness "calcolerà" rispetto alle variazioni della lunghezza dell'oggetto. In tale ambiente, la propagazione del raggio sarà curvilinea. Questo fatto è collegato al fenomeno di un miraggio (a proposito, è studiato in ottica sfumata). In questo caso, l'ostacolo può piegarsi attorno all'onda. Sorprendentemente, questo effetto può essere descritto usando le equazioni dell'apparato dell'ottica geometrica. Questo fenomeno di propagazione ondulativa curvilinea non può essere attribuito alla diffrazione. Si noti che molto spesso l'effetto della deflessione potrebbe non essere associato affatto al cosiddetto "arrotondamento" di un ostacolo esistente o esistente. Allo stesso tempo, la presenza di un oggetto "sulla strada" causa la diffrazione. Ad esempio, l'effetto di una deviazione sulle strutture di fase, cioè di tipo non assorbente o trasparente.

Discrepanze finali con l'ottica geometrica

Come abbiamo scoperto, la diffrazione non può essere spiegata in termini di modello del raggio, cioè nel quadro delle definizioni dell'ottica geometrica. D'altra parte, il trattamento era esauriente dal punto di vista della teoria dei processi ondulatori. Tuttavia, alcuni fenomeni non possono essere spiegati con l'aiuto dell'ottica geometrica, ma allo stesso tempo non si applicano alla diffrazione. Ad esempio, il fenomeno della rotazione di un piano di polarizzazione in un mezzo otticamente attivo non è considerato un effetto di deflessione. Allo stesso tempo, la rotazione del piano di polarizzazione è il risultato della cosiddetta diffrazione collineare. Un raggio di onde deviato non cambia direzione. Questo tipo di effetto è realizzato, ad esempio, come diffrazione ultrasonica nei cristalli birifrangenti. In questo caso, i vettori delle onde acustiche e ottiche saranno paralleli. Va notato che il fenomeno delle guide d'onda accoppiate non può essere interpretato in termini di modello di raggio, sebbene non siano anche dette diffrazioni. Un altro esempio di tali discrepanze è la sezione "Crystal Optics". Considera l'anisotropia del mezzo. Questa sezione ha poco a che fare con il problema di diffrazione. Tuttavia, sarebbe opportuno adeguare le rappresentazioni del modello di raggio utilizzato in esso. Dopo tutto, ci sono chiare differenze nel concetto di un raggio come la direzione della propagazione della luce e il concetto di un fronte d'onda come normale a un raggio. Nei campi forti, si può anche osservare la propagazione curvilinea delle travi. Gli scienziati hanno dimostrato che la luce che passa vicino a un oggetto massiccio, come una stella, cambia direzione nella direzione del campo dell'oggetto. E qui alla fine vediamo "arrotondare" gli ostacoli. Sebbene questo fenomeno non si applichi alla diffrazione.