ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Дифракционные явления на трехмерных структурах из "Оптика " Наибольший интерес и практическое значение имеет дифракция на пространственных неоднородностях. В этом случае волна распространяется не в однородной среде, а в среде, в которую включены участки, где скорость волны отличается от скорости в остальных частях среды, т. е. участки с иным показателем преломления. [c.227] Если среда вполне оптически однородна, т. е. показатель преломления любой небольшой ) области равняется показателю преломления другой области, то световая волна будет распространяться в среде без изменения направления. [c.227] В частности, плоская волна, распространяясь в такой среде, останется плоской. Это заключение можно подтвердить рассуждениями, подобными тем, которые служат (по Френелю) для объяснения прямолинейного распространения света. Если же однородность среды нарушена какими-либо включениями или вследствие каких-либо процессов, т. е. если в среде встречаются области, показатель преломления которых отличается от показателя преломления остальной части, то на таких неоднородностях должны возникнуть дифракционные явления, и часть света дифрагирует (отклоняется) от своего первоначального направления. [c.227] Действительно, части волнового фронта, идущие по областям различного показателя преломления, распространяются с разной скоростью, так что фронт волны, т. е. поверхность одинаковой фазы, перестает быть плоским, и свет будет распространяться по различным направлениям. [c.227] Такого рода явления наблюдаются в большом масштабе в природе. Сюда относится, прежде всего, распространение света в тумане, имеющее очень большое значение для ориентировки судов в тумане. Именно такая практическая задача и дала первый повод для детального изучения этого явления (Тиндаль, 1868 г.). Явление дифракции на пространственных неоднородностях играет большую роль в метеорологической оптике, обусловливая появление кругов и колец вокруг Солнца и Луны (так называемое гало и венцы). Происхождение их объясняется преломлением и дифракцией солнечных или лунных лучей на мелких частицах, взвешенных в воздухе ). [c.228] Явление дифракции на пространственных препятствиях или неоднородностях очень легко наблюдать в тех случаях, когда число таких неоднородностей очень велико, а размеры их незначительны. В таком случае среду принято называть мутной, и явление дифракции носит обычно название рассеяния света. В дальнейшем мы подробнее рассмотрим это явление, особенно для того случая, когда оно не связано с засорением среды посторонними частицами, а является следствием молекулярной структуры среды. Отметим, что для волн обычного света молекулярное строение среды само по себе еще не обусловливает неоднородности, ибо размер молекул в тысячи раз меньше длины световой волны. Молекулярная мутность есть результат случайного скопления значительного числа молекул, образующегося при беспорядочно.м тепловом движении их. Наоборот, для волн очень коротких, например для рентгеновских, уже само наличие молекул обусловливает неоднородность среды и ведет к дифракции (рассеянию). [c.228] Рассмотрение дифракции на пространственных неоднородностях любой формы представляет собой очень сложную задачу. Мы ограничимся поэтому простейшим случаем, когда неоднородности имеют правильный периодический характер, т. е. представляют собой то, что мы называем решеткой. Однако в этом случае периодическая структура среды имеет пространственный характер, т. е. решетка тянется по всем направлениям в среде. Мы можем представить ее как совокупность периодических структур по трем координатным направлениям и рассматривать дифракцию плоских волн на такой пространственной трехмерной решетке. [c.228] Пользуясь методом Рэлея (см. 52), можно рассмотреть дифракцию на любых пространственных структурах, в том числе и непериодических (рассеяние света). [c.228] Пусть свет падает вдоль оси 2, т. е. = Р, = л/2 и уо = 0. Рассмотрим какой-нибудь слой, параллельный плоскости XV, т. е. слой, для которого г = сопз . Этот слой представляет собой двумерную решетку, и свет, проходя через него, испытает дифракцию, рассмотренную в предыдущем параграфе. Для каждой длины волны X получим максимумы по направлениям, заданным значениями углов а, р, у, определяемыми из условий (53.4). [c.229] Однако в нашем случае среда представляет собой совокупность таких двумерных решеток, расположенных периодически вдоль 2 с периодом да- Если каждый слой решетки достаточно прозрачен, то часть света испытает дифракцию на первом слое, а часть проникнет до следующего слоя и частично испытает дифракцию на этом втором слое, остаток проникнет дальше и т. д. Таким образом, по найденному выше направлению (а, р, у) будет распространяться несколько когерентных волн с известной разностью хода, и мы должны для окончательного результата учесть их взаимную интерференцию. [c.229] Чтобы волны, отклоненные по указанному направлению каждым слоем, взаимно усиливали друг друга, необходимо, чтобы эта разность хода была равна целому числу волн. [c.229] в отличие от дифракции на линейной и поверхностной решетках, дифракция на заданной пространственной решетке дает максимум не для всех длин волн, а только для тех, которые удовлетворяют указанному условию (54.5). [c.230] По расположению максимумов и значению длин волн к, которым они соответствуют, оказывается возможным однозначно воспроизвести ту пространственную решетку, которая обусловила дифракцию. [c.231] Вернуться к основной статье