Дифракция фраунгофера и френеля

Дифракция Фраунгофера против дифракции Френеля — различие и сравнение — 2020 — Блог

В оптике дифракция Фраунгофера (названная в честь Джозефа фон Фраунгофера), или дифракция дальнего поля, является формой дифракции волн, которая возникает, когда полевые волны проходят через апертуру или щель, вызывая изменение только размера наблюдаемого изображения апертуры из-за расположение наблюдения в дальней зоне и все более плоская природа исходящих дифрагированных волн, проходящих через апертуру.

Это наблюдается на расстояниях за пределами ближнего поля дифракции Френеля, что влияет как на размер, так и на форму наблюдаемого изображения апертуры, и происходит только тогда, когда число Френеля

, где можно применять приближение параллельных лучей.

С другой стороны, дифракция Френеля или дифракция ближнего поля представляет собой процесс дифракции, который возникает, когда волна проходит через отверстие и дифрагирует в ближнем поле, в результате чего наблюдаемая дифракционная картина различается по размеру и форме в зависимости от расстояния между ними. апертура и проекция. Это происходит из-за короткого расстояния, на котором распространяются дифрагированные волны, в результате чего число Френеля больше 1 ( F > 1). Когда расстояние увеличивается, исходящие дифрагированные волны становятся плоскими, и происходит дифракция Фраунгофера.

Сравнительная таблица

Сравнение дифракции Фраунгофера и дифракции Френеля

Дифракция Фраунгофера Дифракция Френеля
Волновые фронты Плоские волновые фронты Цилиндрические волновые фронты
Расстояние наблюдения Расстояние наблюдения бесконечно. На практике часто в фокусе объектива. Источник экрана на конечном расстоянии от препятствия.
Движение дифракционной картины Исправлено в положении Двигайтесь так, чтобы это напрямую соответствовало любому сдвигу в объекте.
Поверхность расчета Дифракционные картины Фраунгофера на сферических поверхностях. Дифракционные картины Френеля на плоских поверхностях.
Дифракционные картины Форма и интенсивность дифракционной картины Фраунгофера остаются постоянными. Изменяйте их по мере того, как мы распространяем их далее «вниз по течению» от источника рассеяния.

Рекомендации

  • Дифракция Фраунгофера — Википедия
  • Дифракция Френеля — Википедия
  • Дифракция (конспект лекции)

Дифракция Френеля и Фраунгофера

Явление дифракции волн может быть объяснено с помощью принципа Гюйгенса. Однако принцип Гюйгенса не дает никаких указаний об амплитуде, а следовательно и об интенсивности волн, распространяющихся в различных направлениях. Этот недостаток был устранен Френелем, который дополнил принцип Гюйгенса представлением об интерференции вторичных волн. Учет амплитуд и фаз вторичных волн позволяет найти амплитуду результирующей волны в любой точке пространства.

С помощью усовершенствованного им принципа Френелю удалось дать удовлетворительное объяснение ряда дифракционных явлений, а также устранить одно из основных затруднений волновой теории

Рис. 5.3.1. Волновая поверхность света, распространяющегося от некоторого источника

света и показать, как согласуется волновая природа с наблюдающимся на опыте прямолинейным распространением света. Пусть S на рис. 5.3.1. представляет собой одну из волновых поверхностей света, распространяющегося от некоторого источника.
Амплитуда светового колебания в точке Р, лежащей перед этой поверхностью, может быть согласно Френелю найдена из следующих соображений. Каждый элемент поверхности служит источником вторичной сферической волны, амплитуда которой пропорциональна величине элемента . Амплитуда сферической волны убывает с расстоянием r от источника по закону формулу.

Формулу можно рассматривать как аналитическое выражение принцип Гюйгенса — Френеля . Вычисления по формуле представляют собой в общем случае чрезвычайно трудную задачу. Однако, как показал Френель, в случаях, отличающихся симметрией, нахождение амплитуды результирующего колебания может быть осуществлено простым алгебраическим или геометрическим суммированием.

Рис. 5.3.2. Дифракция Фраунгофера

Различают два случая дифракции. Если источник света и точка наблюдения Р расположены от препятствия настолько далеко, что лучи, падающие на препятствие, и лучи, идущие в точку Р, образуют практически параллельные пучки, говорят о дифракции Фраунгофера или о дифракции в параллельных лучах .
В противном случае говорят о дифракции Френеля. Дифракцию Фраунгофера можно наблюдать, поместив за источником света S и перед точкой наблюдения Р по линзе так, чтобы точки S и P оказались в фокальной плоскости соответствующей линзы.

Различают два вида дифракции. Если источник света и точка наблюдения расположены от препятствия настолько далеко, что лучи, падающие на препятствие, и лучи, идущие в точку наблюдения, образуют практически параллельные лучи, говорят о дифракции в параллельных лучах или о дифракции Фраунгофера. В противном случае говорят о дифракции Френеля. Дифракцию Фраунгофера можно наблюдать, поместив за источником S и перед точкой наблюдения P по линзе так, чтобы S и Р оказались в фокальной плоскости соответствующей линзы.

S b P

Э

К

Р

А

Н

Характер дифракции зависит от значения безразмерного параметра , где- длина волны:

дифракция Фраунгофера

дифракция Френеля

геометрическая оптика

Дифракция Френеля

ДИФРАКЦИЯ НА КРУГЛОМ ОТВЕРСТИИ

Поставим на пути сферической световой волны непрозрачный экран с вырезанным в нем круглым отверстием радиуса rо . Расположим экран так, чтобы перпендикуляр, опущенный из источника света S , попал в центр отверстия.

S rm

О

a b

m – нечетное; m – четное

Eсли rm << a, b, где а – расстояние от источника S до преграды, b – расстояние от преграды до точки Р.

Если а и b удовлетворяют условию , гдеm – целое число, то отверстие оставит открытыми ровно m первых зон Френеля.

Амплитуда в точке P будет равна:

Используя разложение при объяснении прямолинейности распространения света по волновой теории, получаем:

Поскольку амплитуды соседних волн практически одинаковы, то . В итоге:

Для малых m амплитуда Em мало отличается от E1. Поэтому при m – нечетных амплитуда в точке P будет приближенно равна Е1, при m – четных амплитуда в точке P будет приближенно равна нулю. Если убрать преграду, то амплитуда в точке P станет равна . Таким образом отверстие, открывающее небольшое нечетное число зон, приводит к увеличению амплитуды в два раза, а интенсивности – в четыре раза.

ДИФРАКЦИЯ ОТ КРУГЛОГО ДИСКА

S О

2.8 Дифракция Фраунгофера и Френеля

  • | Печать |
  • E-mail

Дифракции Фраунгофера происходит, когда плоский волновой фронт взаимодействует с объектом. Так как волна, испускаемая точечным источником, становится плоской на больших расстояниях от этого источника, эта дифракция известна как дифракция в дальней зоне. Дифракция Френеля происходит тогда, когда она не описывается дифракцией Фраунгофера. Этот случай также известен как дифракция в ближней зоне. Позже мы увидим, что электронно-дифракционные картины тесно связаны со случаем Фраунговеровской дифракции, в то время когда мы «видим» эффект дифракции Френеля на наших изображениях. В ПЭМ мы найдем обе формы дифракции.
Будет дано краткое объяснения принципа Гюйгенса, как распространяется волна, а затем рассмотрено дифракция Фраунгофера от двух щелей (щели Юнга), а затем распространим этот процесс на множество щелей.
Гюйгенс объяснил распространение любых волновых фронтов, воображая, что каждая точка волнового фронта сама выступает как новый источник сферических волн. Эти волны интерферируют друг с другом и дают новый фронт, и процесс повторяется.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *