ОСНОВЫ ТЕОРИИ ДИФРАКЦИИ СВЕТА

Перейдем к описанию теории явления. В основе голографии лежит дифракция света, поэтому для понимания физической сущности записи процессов и восстановления волновых фронтов полезно проследить ее на простейшем примере с привлечением теории дифракции. [c.356]

Устройства оптической обработки выполняют все необходимые вычислительные операции (свертка функций, дифференцирование, интегрирование и т. д.) на основе двух базовых — комплексного умножения и преобразования Фурье. В основе комплексного умножения лежит модуляция световой волны, проходящей через объект в виде транспаранта с заданным амплитудным коэффициентом пропускания. (Напомним, что именно на основе представления об амплитудном коэффициенте пропускания в гл. 1 был развит волновой подход в теории ДОЭ.) Операцию преобразования Фурье выполняет оптический фурье-анализатор, состоящий в простейшем случае из транспаранта с входным изображением и линзы (объектива) с положительной оптической силой [24]. Если транспарант освещает плоская монохроматическая волна, то его фурье-об-раз (спектр пространственных частот) формируется в дальней зоне в результате дифракции света на структуре транспаранта. Линза переносит спектр из бесконечности в свою фокальную плоскость, где он представляется в виде комплексной амплитуды волнового поля. [c.150]

Большой вклад в изучение дифракции света, составление четкой физической картины явления внесли работы Рэлея (1871). В них на основе упругой теории подробно исследован вопрос о рассеянии света малыми частицами и впервые объяснена причина голубого цвета неба. [c.11]

В дальнейшем исследования явлений дифракции света проводились на основе электромагнитной теории, и теория упругости в этой области долгое время не использовалась. Интерес к задачам дифракции упругих волн и тесно связанной с ними проблеме динамической концентрации напряжений значительно возрос лишь в настоящее время [50, 51, 250]. [c.11]

Книга содержит введение в качественную теорию дифракции и анализ образования изображений при некогерентном и когерентном освещении. В ней рассматриваются свойства когерентного света и излагаются теоретические и экспериментальные основы оптической голографии (восстановления волнового фронта). [c.4]

Новые физические понятия создаются не только в процессе обобщения физических теорий, но и обратным путем они могут возникнуть в результате применения приближенных методов к более точной физической теории.... Так, понятие луча, а равно и вся геометрическая оптика могут быть выведены из волновой теории света как идеализации, пригодные в предельном случае весьма малой длины волны (в области вблизи границы света и тени эти идеализации уже непригодны). При менее полной идеализации учитываются и отклонения от геометрической оптики, иначе говоря, учитывается дифракция, каковая также является новым физическим понятием (дифракционные явления наиболее ярко проявляются как раз вблизи границы между светом и тенью) . Этими словами академик В.А. Фок определил основные концепции геометрической оптики и теории дифракции в своей знаменитой книге Проблемы дифракции и распространения электромагнитных волн , ставшей одной из настольных книг целого поколения физиков. Кроме того, следует отметить также такие классические труды, как Оптика А. Зоммерфельда, Основы оптики М. Борна и Е. Вольфа, Оптика Г.С. Ландсберга. [c.6]

Теорема Гюйгенса была позднее обобщена Френелем и легла в основу так называемого принципа Гюйгенса—Френеля, играющего важную роль в теории дифракции (см. 8 2) и являющегося основным постулатом волновой теории света. [c.136]

Прежде явление глории объясняли обычной дифракцией ка-ким-то образом отраженного света на передних каплях облака. Это объяснение является неправильным, так как 1) его геометрическая сторона не обоснована 2) относительные диаметры колец не удовлетворяют обычной теории дифракции 3) свет колец сильно поляризован. Правильное объяснение заключается в том, что эти необычные изменения интенсивности света, рассеянного близ направления назад, присутствуют уже в диаграмме рассеяния отдельной капли. В таком случае полная теория должна основываться на формулах Ми, однако мы увидим, что главные особенности можно объяснить совсем просто на основе принципа Гюйгенса. [c.291]

Исаак Ньютон (1643-1727) — выдающийся английский ученый, заложивший основы современного естествознания, президент Лондонского королевского общества с 1703 г. Окончил Кембриджский университет (1665). В 1669 1701 гг. возглавлял в нем кафедру. С 1695 г. — смотритель, с 1699 г. — директор Монетного двора. Работы относятся к механике, оптике, астрономии, математике. Создал огромный труд Математические начала натуральной философии , изданный в 1687 г. Оптические исследования изложил в Оптике (1704). В 1666 г. при помощи трехгранной стеклянной призмы разложил солнечный свет на семь цветов (в спектр), а затем соединил их снова, получив исходный белый свет. Открыл хроматическую аберрацию и, пытаясь ее избежать, сконструировал отражательный телескоп-рефлектор оригинальной системы. Исследовал интерференцию и дифракцию света, изучая цвета тонких пленок, открыл так называемые кольца Ньютона, установил закономерности в их размещении, высказал мысль о периодичности светового процесса. Пытался объяснить дву-лучепреломление и близко подошел к открытию явления поляризации. Свет считал потоком корпускул, однако на разных этапах рассматривал возможность существования и волновых свойств света, в частности, в 1675 г. предпринял попытку создать компромиссную корпускулярно-волновую теорию света. [c.20]

Р. с. мелкими частицами обусловливает класс явлений, к-рые можно описать на основе теории дифракции света на диэлектрич. ч-цах. Мн. характерные особенности Р. с. ч-цами удаётся проследить в рамках строгой теории, разработанной для сферич. ч-ц англ. учёным А. Лявом (1889) и нем. учёным Г. Ми (1908, теория Ми). Когда радиус ч-цы г много меньше длины волны света Хп в в-ве, Р. с. на ней аналогично нерезонансному Р. с. атомом. Сечение (и интенсивность) Р. с. в этом случае сильно зависит от г и от разности диэлектрических проницаемостей е и 8о рассеивающего в-ва и окружающей среды T- tn r (e—Бо) (англ. физик Дж. У. Рэлей, 1871). С увеличением г до и более (при условии е>1) [c.624]

Построена она следующим образом. В гл. 1, в соот-тствии с классическими работами по акустооптике, лагается общая теория дифракции света на бегущих ьтразвуковых волнах и выводятся наиболее важные отношения. В гл. 2 описываются принцип работы и нструкция модуляторов. Обращено внимание на влия-е отношения расходимости света и звука на пара- тры прибора, недостаточно изученное в других рабо-X. Гл. 3 посвящается акустооптическому дефлектору, писаны различные конструкции дефлекторов и основы [c.3]

Необходимо отметить, что все приведенные оценки получены без учета того обстоятельства, что граница между двумя ступенями профиля для световой волны, падаюш,ей на ДОЭ под углом, отличающимся от нормального, является областью с конечной шириной, а не линией, как предполагали при выводе всех соотношений для эффективности. Однако поскольку ширина ступени профиля, как правило, значительно превышает ее глубину, а углы падения света не слишком велики, то подобными краевыми эффектами можно пренебречь. Существен также вопрос о соизмеримости минимального элемента в структуре ДОЭ и длины волны дифрагирующего света. Для видимого диапазона размер указанного минимального элемента должен составлять, по крайней мере, 0,5—1 мкм, тогда достоверность результатов, полученных в настоящем параграфе на основе скалярной теории дифракции, будет гарантирована. [c.200]

Убедительное подтверждение волновая теория света получила в начале XIX в., когда на ее основе было дано исчерпывающее объяснение явлениям интерференции и дифракции. Открытие поляризации света свидетельствовало о поперечности световых волн. В рамках механической волновой теории, рассматривавшей свет по аналогии со звуковыми волнами, эфир пришлось наделить механическими свойствами твердого тела, так как поперечные упругие волны могут распростряняться только в твердых телах. Конечно, это была странная среда заполняя все пространство и пронизывая все тела, она при этом никак не влияла на их движение. [c.392]

Теоретической основой анализа оптических явлений в когерентном свете являются положения классической оптики, достаточно полно изложенные в известных трудах [1,2], а также в последующих монографиях и учебниках (см., например, [3 - 6]). При этом особенно большую роль играют те разделы оптики, в которых рассматриваются процессы распространения, интерференции и дифракции излучения. В данной главе мы рассмотрим эти процессы и явления, используя подход, основанный на анализе решений приведенного волнового уравнения. Однако, прежде чем прист)шить к изложению основ теории дифракции и интерференции, уточним фундаментальное понятие когерентности, к которому нам придется постоянно апеллировать в процессе изложения материала з ебного пособия. [c.10]

Начиная с XIX века, положение стало складываться в пользу волновой теории благодаря работам Юнга (1773—1829) и в особенности Френеля (1788—1827), систематически исследовавших явления интерференции и дифракции света. На основе волновых представлений была создана стройная теория этих явлений, выводы и предсказания которой полностью согласовывались с экспериментом. Объяснение прямолинейного распространения света содержалось в этой теории как частный случай. Были открыты и исследованы новые оптические явления поляризация света при отражении (Малюс, 1808) и преломлении (Малюс и Био, 1811), угол полной поляризации (Брюстер, 1815), интерференция поляризованных лучей (Френель и Aparo, 1816), количественные законы и теория отражения и преломления света (Френель, 1821), двойное преломление сжатым стеклом (Брюстер, 1815), двуосные кристаллы (Брюстер, 1815), законы и теория распространения света в двуосных кристаллах (Френель, 1821), вращение плоскости поляризации в кварце (Aparo, 1811) и жидкостях (Био, 1815 оба явления исследовались далее Био, Брюстером и др.). Юнг (1807) измерил на опыте длину световой волны. Оказалось, что волны красного света длиннее, чем синего и фиолетового. Тем самым в волновой теории было дано экспериментально обоснованное объяснение цветов света, которое связывало это явление с длиной световой волны. (Такое объяснение предлагалось еще Эйлером, но он не мог указать, длина каких волн больше — красных или синих.) Юнг (1817) высказал также мысль о поперечности световых волн. К такому же заключению независимо от него пришел Френель (1821) и обосновал это заключение путем исследования поляризации света и интерференции поляризованных лучей. Все эти факты и в особенности явления интерференции и дифракции света находили непринужденное объяснение в рамках волновой теории света. Корпускулярная теория не могла противопоставить ничего эквивалентного и к началу 30-х годов XIX века была оставлена. [c.27]

Изложение принципа Гюйгенса—Френеля в данном параграфе существенно отличается от приведенного в 3.3, где положение В0ЛН01ЮГ0 фронта в последующие моменты времени определялось как огибающая элементарных сферических волн, излучаемых каждой точкой, до которой дошел фронт в данный момент принцип Гюйгенса). Никакой интерференции между этими сферическими волнами Гюйгенс не учитывал, да и вообще не принимал по внимание фазовых соотношений. Поэтому принцип Гюйгенса в его первоначальной форме не мог служить основой волновой оптики. Потребовалось значительное время, чтобы после принципиальных дополнений Френеля оказалось возможным применить его для истолкования дифракции. Изложим идею принципа Гюйгенса—Френеля в тех терминах и понятиях, которые соответствуют электромагнитной теории света. Строггся математическая формулировка этого принципа, данная Кирхгофом, здесь не приведена . [c.256]

Представление поля в виде контурного интеграла основывается на наших интуитивных знаниях о том, какое влияние оказывают границы апертуры. Из эксперимента известно, что при наблюдении из области тени границы освещаемой апертуры кажутся светящимися. Это наблюдение обсуждалось уже Ньютоном, который объяснил его отталкиванием корпускул света границами [И. Ньютон, Оптика , кн. 3, наблюдение I, рис. 1 и 2]..Позднее Юнг сформулировал волновую теорию, согласно которой дифрагированная волна образуется при отражении падающей волны на элементах границы, вызывающей дифракцию. Френель же объяснял дифракционные эффекты на основе принципа Гюйгенса если поле определяется в столь далекой области от геометрической тени, что открыты фактически все зоны Френеля (см. разд. 4.2.2), то освещенность остается той же самой, что и в отсутствие препятствий. И наоборот, если поле определяется в точке, лежащей глубоко в области геометрической тени, то вклад от колец низкого порядка отсутствует. Как следствие, сумма вкладов от частично освещенных колец равна приблизительно нулю, поскольку поле каждого из них компенсируется входящими с другим знаком полями от половинок ближайших соседей. В промежуточной области между светом и тенью из-за суперпозиции полей от разных колец можно ожидать осциллирующего поведения интенсивности. [c.314]

Ньютон (Newton ) Ясаак(1643-1727) — великий английский физик, математик, механик и астроном. В фундаментальном исследовании Математические начала натуральной философии (1687 г.)сформулирова ны основные законы классической механики. Этот труд определил направление всех работ по механике и небесной механике, выполненных в последующие два века. В основу ряда физических теорий легли многие положе-ния Оптики (1704 г.)Ньютона. Разработал (независимо от Лейбница) дифференциальное и интегральное исчисления. Открыл закон всемирного тяготения, явление дисперсии света, исследовал интерференцию и дифракцию, высказал гипотезу о сочетании корпускулярных и волновых представлений. Создал основы небесной механики. Его влияние на развитие мировой науки трудно переоценить. Фигура Ньютона, — писал А. Эйнштейн, — означает больше, чем это вытекает из его собственных заслуг, ибо самой судьбой он был поставлен на поворотном пункте умственного развития человечества, [c.24]

В работе, опубликованной в 1908 г., Дж. Ми 191 на основе электромагнитной теории получил строгое решение для дифракции плоской монохроматической волны па однородной сфере произвольного диаметра и состава, находящейся в однородной среде. Эквивалентное решение той же проблемы было вскоре опубликовано Дебаем 120] в статье, оттюсящейся к давлению света (т. е. механической силе, вызываемой светом) на проводящую сферу. Затем различные аспекты этой проблемы рассматривались многими авторами ). [c.586]

КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ, лежащее в основе квант, теории представление о том, что в поведении микрообъектов проявляются как корпускулярные, так и волн, черты. По представлениям классич. (неквантовой) физики, движение ч-ц и распространение волн — принципиально разные физ. процессы. Однако опыты по вырыванию светом эл-нов с поверхности металлов фотоэффект), изучение рассеяния света на эл-нах Комптона эффект) и результаты ряда др. экспериментов убедительно показали, что свет — объект, имеющий, согласно классич. теории, волн, природу, обнаруживает сходство с потоком ч-ц — фотонов, обладающих энергией ё и импульсом р, к-рые связаны с частотой v и длиной волны л света соотношениями S=hv, p hlX. С др. стороны, пучок эл-нов, падающих на кристалл, даёт дифракц. картину, к-рую можно объяснить лишь на основе волн, представлений со свободно движущимся эл-ном сопоставляется т. н. волна де Бройля, длина волны и частота к-рой связаны соотношениями X=h p, = lh, где р — импульс, ё — энергия эл-на. Позже было установлено, что это явление свойственно вообще всем микрочастицам (см. Дифракция микрочастиц). Такой дуализм корпускулярных и волн, св-в не может быть понят в рамках классич. физики так, возникновение дифракц. картины при рассеянии ч-ц несовместимо с представлением о движении их по траекториям. Естеств. истолкование К.-в. д. получил в квантовой механике. [c.312]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...