Дифракція світла - це

явища, що спостерігаються при поширенні світла повз різких країв непрозорих або прозорих тіл, крізь вузькі отвори. При цьому відбувається порушення прямолінійності поширення світла, т. Е. Відхилення від законів геометричної оптики (Див. Геометрична оптика). Внаслідок Д. с. при висвітленні непрозорих екранів точковим джерелом світла на кордоні тіні, де, згідно із законами геометричної оптики, мав би відбуватися стрибкоподібне перехід від тіні до світла, спостерігається ряд світлих і темних дифракційних смуг (рис. 1). Оскільки дифракція властива всякому хвильовому руху, відкриття Д. с. в 17 в. італійським фізиком і астрономом Ф. Грімальді і її пояснення на початку 19 ст. французьким фізиком О. Френеля (Див. Френель) з'явилися одним з основних доказів хвильової природи світла.

Наближена теорія Д. с. заснована на застосуванні Гюйгенса- Френеля принципу (Див. Гюйгенса - Френеля принцип). Для якісного розгляду найпростіших випадків Д. с. може бути застосоване побудова зон Френеля (Див. Зони Френеля). При проходженні світла від точкового джерела через невеликий круглий отвір в непрозорому екрані або навколо круглого непрозорого екрану спостерігаються дифракційні смуги у вигляді концентричних кіл. Якщо отвір залишає відкритим парне число зон, то в центрі дифракційної картини виходить темне плямочка, при непарному числі зон - світле. У центрі тіні від круглого екрану, який закриває не дуже велике число зон Френеля, виходить світле плямочка.

Розрізняють 2 випадки Д. с. - дифракція сферичної хвилі, при якій розмір отвору можна порівняти з розміром зони Френеля, т. Е.

де b - розмір отвору, z - відстань точки спостереження від екрану, λ - довжина хвилі (дифракція Френеля), і Д. с. в паралельних променях, при якій отвір багато менше однієї зони Френеля, т. е.

(Дифракція Фраунгофера). В останньому випадку при падінні паралельного пучка світла на отвір пучок стає розбіжним з кутом розходження φ Дифракція світла λ / b (дифракційна розбіжність).

Велике практичне значення має випадок Д. с. на щілини. При висвітленні щілини паралельним пучком монохроматичного світла на екрані виходить ряд темних і світлих смуг, швидко відбувають за інтенсивністю. Якщо світло падає перпендикулярно до площини щілини, то смуги розташовані симетрично щодо центральної смуги (рис. 2), а освітленість змінюється уздовж екрану періодично зі зміною φ, звертаючись в нуль при кутах φ, для яких sin φ = m / λb (m = 1 , 2, 3.). При проміжних значеннях освітленість досягає максимальних значень. Головний максимум має місце при m = 0, при цьому sin φ = 0, т. Е. Φ = 0. Наступні максимуми, значно поступаються за величиною головному, відповідають значенням φ, певним з умов: sin φ = 1,43 λ / b . 2,46 λ / b. 3,47 λ / b і т.д.

Зі зменшенням ширини щілини центральна світла смуга розширюється, а при даній ширині щілини положення мінімумів і максимумів залежить від λ, т. Е. Відстань між смугами тим більше, чим більше λ. Тому в разі білого світла має місце сукупність відповідних картин для різних кольорів. При цьому головний максимум буде загальним для всіх λ і випаде у вигляді білої смужки, що переходить в кольорові смуги з чергуванням кольорів від фіолетового до червоного.

Якщо є 2 ідентичні паралельні щілини, то вони дають однакові накладаються один на одного дифракційні картини, внаслідок чого максимуми відповідно посилюються, а крім того, відбувається взаємна інтерференція хвиль від першої і другої щілин, значно ускладнює картину. В результаті мінімуми будуть на колишніх місцях, тому що це ті напрямки, за якими жодна з щілин не посилає світла. Крім того, можливі напрямки, в яких світло, що посилається двома щілинами, взаємно знищується. Т. о. колишні мінімуми визначаються умовами: b sin φ = λ, 2λ, 3λ. додаткові мінімуми d sin φ = λ / 2, 3λ / 2, 5λ / 2. (D - розмір щілини b разом з непрозорим проміжком а), головні максимуми d sin φ = 0, λ, 2λ, 3λ. т. е. між двома головними максимумами розташовується один додатковий мінімум, а максимуми стають вужчими, ніж при одній щілини. Збільшення числа щілин робить це явище ще більш виразним (див. Дифракційна решітка).

Д. с. відіграє істотну роль при розсіюванні світла в каламутних середовищах, наприклад на порошинки, крапельках туману і т.п. На Д. с. заснована дія спектральних приладів (Див. Спектральні прилади) з дифракційними гратами (дифракційних спектрометрів). Д. с. визначає межа роздільної здатності оптичних приладів (телескопів, мікроскопів та ін.). Завдяки Д. с. зображення точкового джерела (наприклад, зірки в телескопі) має вигляд гуртка з діаметром λflD. де D - діаметр об'єктива, а f - його фокусна відстань. Розбіжність випромінювання Лазер ів також визначається Д. с. Для зменшення розбіжність лазерного пучка його перетворять в більш широкий пучок за допомогою телескопа, і тоді расходимость випромінювання визначається діаметром D об'єктива за формулою φ Дифракція світла λ / D.

Літ .: Ландсберг Г. С. Оптика, 4 видавництва. М. 1957 (Загальний курс фізики, т. 3); Горелік Р. С. Коливання і хвилі, 2 видавництва. М. 1959 гл. 9.

Мал. 2. Дифракція Фраунгофера на щілині.

Мал. 1. Тінь гвинта, оточена дифракційними смугами.