Дифракция света
Введение
6.1. При прохождении пучка света вблизи края какого-либо непрозрачного экрана путь пучка не остается строго прямолинейным. При выполнении некоторых условий (которые мы обсудим позже) наблюдаются полосы у края геометрической тени экрана и часть света проникает в область тени. Типичные случаи огибания препятствия показаны на рис. III. Такие явления впервые были отмечены Гримальди (1618—1663) и Гуком (1635—1703). В 1802 г. Юнг (1773—1829) считал, что эти полосы образуются вследствие интерференции световой волны, идущей от края экрана, с прямым пучком. Френель (1788—1827) показал, что независимо от того, имеет ли препятствие острый или закругленный край, полосы получаются примерно одинаковыми. Это обстоятельство, по мнению Френеля, опровергало идею Юнга, так как предполагалось, что закругленный край должен давать более интенсивную волну, чем острый. Френель рассчитал положение полос, исходя из взаимной интерференции вторичных волн, постулированных Гюйгенсом, приняв во внимание, что часть волнового фронта обрезается экраном. При этом он получил результаты, хорошо согласующиеся с опытом. Кирхгоф (1824—1887) подтвердил расчеты Френеля, исходя из анализа, основанного на волновом уравнении. Было показано (см. § 6.10 и [6.4]), что дифрагировавший свет можно представить в виде суммы компонент, одна из которых, по-видимому, исходит из области, вплотную примыкающей к препятствию. Таким образом, представления Юнга нельзя считать абсолютно несовместимыми с представлениями Френеля. В некоторых случаях удобнее пользоваться методом Юнга, хотя метод Френеля обладает значительно большей общностью.
Дифракцией называют все отклонения от прямолинейного распространения света. Наиболее отчетливые дифракционные эффекты возникают при распространении света близ непрозрачных препятствий, хотя дифракция происходит и на прозрачных объектах. Например, дифракционные полосы могут образовываться в результате присутствия пузырька воздуха в стекле линзы. Дифракция происходит во всех случаях, когда изменение амплитуды или фазы не одинаково на всей поверхности волнового фронта. Поэтому она возникает при любом — амплитудном или фазовом — локальном нарушении волнового фронта. Во всех оптических опытах апертура пучка ограничена размерами прибора и, следовательно, в известной мере дифракция происходит во всех приборах. Дифракционные эффекты часто маскируются несовершенством оптических изображений, обусловленным аберрациями линз, а также другими аналогичными причинами. Только в тех случаях, когда все другие эффекты уменьшены соответствующим подбором аппаратуры, дифракция приобретает первенствующее значение. Тогда именно она определяет пределы возможного улучшения качества оптических изображений и точности измерений определенного типа.