Difraksi adalah pembelokan cahaya di sekitar rintangan. Pembengkokan itu sendiri cukup dapat dimengerti jika kita mempertimbangkan sifat gelombang cahaya (sebaliknya, perambatan cahaya bujursangkar, yaitu tidak adanya difraksi dalam banyak kasus, memerlukan penjelasan). Biasanya, difraksi disertai dengan munculnya intensitas cahaya maksimum dan minimum, yaitu. gangguan. Fenomena terakhir perlu penjelasan.

Kami akan fokus pada satu jenis difraksi - difraksi Fraunhofer. Ini adalah difraksi pada sinar sejajar. Mari kita perhatikan difraksi pada satu celah. Biarkan seberkas cahaya sejajar jatuh pada celah sempit yang dibuat pada layar buram, normal pada layar. Melewati celah tersebut, cahaya membelok di sekitar tepinya. Pembengkokan ini terlihat pada jarak berapa pun dari celah. Kami akan mempertimbangkan difraksi jauh dari layar, secara teoritis pada tak terhingga.

Dalam praktiknya, untuk mewujudkan pengalaman tersebut, mereka menggunakan bantuan teleskop yang disesuaikan hingga tak terhingga. Diagram percobaan ditunjukkan pada Kolimator K yang mentransmisikan seberkas sinar sejajar dari sumber cahaya A. Cahaya yang melewati celah diamati dalam tabung T dengan sudut berbeda terhadap sinar datang. Jika tidak ada difraksi, maka cahaya hanya akan merambat searah dengan datangnya sinar. Namun, cahaya dibelokkan di sekitar tepi celah, dan cahaya diamati pada sudut selain nol. Selain itu, pita interferensi juga diamati.

Mari kita perhatikan teori fenomena ini, dengan asumsi bahwa cahaya yang datang bersifat monokromatik. Mari kita segera mengajukan pertanyaan: pada sudut manakah cahaya maksimum dan minimum diamati? Mari kita perhatikan cahaya yang telah berlalu melalui slot secara miring. Sehubungan dengan sudut ini, kita membagi permukaan gelombang yang dipotong oleh celah menjadi garis-garis sedemikian rupa sehingga perbedaan jalur antara dua berkas cahaya dari garis-garis yang berdekatan sama dengan setengah panjang gelombang (/2). Kami akan mengandalkan prinsip Huygens, dengan mempertimbangkan garis-garis sebagai sumber cahaya sekunder dari mana gelombang semi-silinder "berlari". Fresnel melengkapi prinsip Huygens dengan asumsi bahwa gelombang sekunder saling koheren. Kami akan menggunakan tambahan ini. Perhatikan bahwa garis permukaan gelombang tersebut disebut zona Fresnel. Perbedaan jalur sinar yang dihasilkan oleh dua zona Fresnel yang berdekatan sama dengan /2 (menurut konstruksi). Konsekuensinya, sesuai dengan kondisi interferensi minimum, keduanya harus saling menghilangkan. Mari kita asumsikan bahwa sudut dipilih sedemikian rupa sehingga sejumlah zona Fresnel ditempatkan pada slot. Cahaya dari masing-masing zona akan dipadamkan oleh cahaya dari zona tetangganya, dan pada sudut ini sudut minimum harus diamati pada jarak tak terhingga. Jumlah zona pada slot ditentukan sebagai berikut:

Dimana a adalah lebar celah.

Oleh karena itu, kondisi minimumnya ditulis sebagai berikut:

Atau , dimana m=0,1,2,…

Dalam interval antara minimum, maksimum diamati; seluruh bagian depan cahaya yang diamati pada sudut = 0 harus dianggap sebagai satu zona, dan oleh karena itu, maksimum diamati dalam arah ini. Ini akan menjadi maksimum terang utama, yang menyumbang maksimum semua cahaya yang melewati celah. Gambaran keseluruhan interferensi digambarkan pada. Semakin panjang panjang gelombangnya, semakin jauh jarak maksimumnya satu sama lain.

Oleh karena itu, jika celah tersebut disinari dengan cahaya putih, maka setiap maksimum, kecuali yang utama, akan didekomposisi menjadi suatu spektrum yang mulai dari merah akan terwakili semua warna pelangi.

Sebagian besar cahaya yang melewati celah masih jatuh pada titik maksimum utama. Oleh karena itu, derajat pembengkokan di sekitar tepi celah dapat diperkirakan dari lebar sudut maksimum utama. Jika tidak ada difraksi, maka lebar sudut maksimum utama sama dengan nol. Biasanya sudut difraksi kecil, sehingga kita dapat berasumsi bahwa .

Oleh karena itu, lebar maksimum utama (lebar difraksi) adalah sama dengan

Semakin sempit celahnya dan semakin panjang panjang gelombangnya, maka difraksinya semakin besar.

Dalam penggunaan praktis difraksi cahaya, kisi difraksi sangat menarik. Kisi difraksi adalah sejumlah besar garis sangat sempit yang diterapkan pada layar (kisi dalam cahaya yang ditransmisikan) atau pada cermin (kisi dalam cahaya yang dipantulkan). Pada kisi-kisi yang bagus, jumlah slot mencapai satu sentimeter. Kisi difraksi digunakan sebagai perangkat spektral dan sebagai pengukur panjang gelombang cahaya presisi tinggi. Difraksi Fraunhofer (pada sinar sejajar) juga diamati pada kisi difraksi. Susunan percobaannya mirip dengan yang dijelaskan di atas dalam kasus difraksi oleh celah tunggal. Seberkas sinar sejajar jatuh pada kisi, dan difraksi maksimum diamati pada sinar sejajar (juga menggunakan teleskop yang disetel hingga tak terhingga).

Mari kita perhatikan teori kisi difraksi dalam cahaya yang ditransmisikan. Diagram percobaan ditampilkan. Di sini a adalah lebar celah, b adalah jarak antar celah, a+b adalah periode kisi. Cahaya jatuh tegak lurus terhadap bidang kisi.

Ada sudut pandang di mana dua balok yang melewati celah kisi saling menguatkan. Jelas bahwa pada sudut seperti itu intensitas cahaya maksimum yang terang akan diamati. Maksimum ini disebut utama. Tidak sulit menemukan kondisi untuk mengamati maxima utama. Mari kita tentukan perbedaan jalur antara dua balok yang berdekatan. Menurutnya sama dengan (a+b)sin.

Jika perbedaan jalur ini mengandung setengah gelombang yang jumlahnya genap, maka dua berkas mana pun akan saling menguatkan. Oleh karena itu kondisinya

, dimana m=0,1,2,…

ada syarat untuk maxima utama. Mari kita buktikan. Mari kita pertimbangkan dua balok sembarang, misalnya ke-k dan ke-i. Di antara mereka cocok i-k periode kisi. Akibatnya, beda lintasan antar balok akan sama dengan (i-k)2m /2. Diketahui bilangan genap dikalikan dengan bilangan bulat lainnya adalah bilangan genap. Akibatnya sesuai dengan kondisi umum interferensi kth dan bundel ke-i saling menguatkan.

Selain yang utama, ada maksimum sekunder, ketika beberapa balok saling menguatkan, sementara yang lain meredam. Maksimum sekunder ini sangat lemah dan biasanya tidak terlihat. Hanya maxima utama yang menarik, dan itupun hanya orde pertama, ketika m = 1. Jadi, sudut pengamatan garis spektrum ditentukan dari kondisi

Mari kita cari kondisi untuk semua minimum. Mari kita ambil kesimpulan yang sederhana namun tidak kaku. Mari kita anggap seluruh kisi sebagai satu celah, yang lebarnya sama dengan N(a+b), dengan N adalah jumlah celah kisi. Kemudian, menurut rumus (1.19), nilai minimum akan diamati pada sudut yang memenuhi kondisi

Dimana k=1,2,3,… (k=mN)

Kondisi (1.30) juga mencakup kondisi maxima utama ketika k = mN. Jika nilai k ini dikecualikan, maka semua nilai k lainnya sebenarnya menyebabkan minimum. Hal ini dapat dibuktikan dengan tegas. Jadi, di antara dua maxima utama, misalnya antara maxima pertama (m = 1) dan kedua (m = 2), terdapat N-1 minima yang sesuai dengan nilai k: N+1, N+2,. .., T+T- 1. Gambaran umum maksimum dan minimum grid disajikan pada.

Kualitas kisi sebagai perangkat spektral ditentukan oleh dua kuantitas: dispersi dan resolusinya. Dispersi mencirikan lebar keseluruhan spektrum dan menunjukkan rentang sudut yang berada dalam rentang satuan panjang gelombang. Varians D ditentukan oleh rumus

Untuk maksimum utama pertama, variansnya

Seperti yang bisa kita lihat, hal ini ditentukan oleh periode kisi: semakin kecil periodenya, semakin besar dispersinya.

Resolusi perangkat optik menunjukkan seberapa baik perangkat tersebut memisahkan detail terkecil suatu objek. Dalam kasus kisi, resolusi mengacu pada rasio panjang gelombang terhadap perbedaan panjang gelombang yang masih mampu diselesaikan oleh kisi. Dipercaya bahwa kisi tersebut menyelesaikan dua garis spektrum yang berdekatan jika maksimum salah satu garis tersebut berada pada garis minimum terdekat dari garis lainnya. menggambarkan situasi ekstrem ini. Minimum terdekat dari maksimum utama pertama untuk panjang gelombang ditemukan dari kondisi.

Biarkan maksimum utama pertama dari garis terdekat berada pada minimum ini. Maka kita dapat menulis persamaan berikut:

Dari rumus (1.33) dan (1.34) berikut ini

Dari sini kita menemukan resolusi kisi:

Seperti yang kita lihat, resolusi kisi sama dengan jumlah celah.

Kami mempertimbangkan difraksi pada kisi satu dimensi, ketika periodisitas kisi diamati hanya dalam satu dimensi. Tetapi kita dapat membayangkan kisi-kisi dua dimensi (misalnya, dua kisi-kisi satu dimensi yang bersilangan) dan kisi-kisi tiga dimensi. Contoh khas kisi tiga dimensi adalah kristal. Di dalamnya, atom (ruang antar celah) membentuk sistem tiga dimensi. Anda dapat mengamati difraksi cahaya pada kristal. Hanya cahaya tampak yang tidak cocok untuk tujuan ini, karena... Periode kisi tersebut terlalu kecil (dalam orde m). Sinar-X dapat digunakan untuk tujuan ini.

Dalam setiap kristal, dimungkinkan untuk membedakan bukan hanya satu, tetapi beberapa bidang yang terletak secara berkala, yang, pada gilirannya, berada dalam urutan yang benar

atom-atom kisi kristal berada. Dua set tersebut ditampilkan (tentu saja, lebih banyak lagi dapat ditemukan). Mari kita pertimbangkan salah satunya. Sinar-X menembus ke dalam kristal dan dipantulkan dari setiap bidang agregat ini. Dalam hal ini, kita memperoleh banyak berkas sinar-X yang koheren, di antaranya terdapat perbedaan jalur. Berkas-berkas tersebut saling berinterferensi dengan cara yang sama seperti gelombang cahaya berinterferensi pada kisi difraksi konvensional ketika melewati celah.

Seluruh teori difraksi berkas dapat diulangi. Seperti halnya difraksi biasa, selama difraksi sinar-X pada kristal, terbentuk intensitas maksimum maksimum, yang dapat dilihat oleh film fotografi. Maksima ini berbentuk bintik (dan bukan garis, seperti pada difraksi dengan kisi konvensional). Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa setiap bidang merupakan kisi dua dimensi. Pada sudut manakah titik-titik yang sesuai dengan maksimum utama diamati?

Pertimbangkan dua balok yang berdekatan, seperti yang ditunjukkan pada . Di antara keduanya, selisih lintasan sinar sama dengan 2d sin, di mana d adalah jarak antar atom.

Maksimum utama pertama ditentukan dari kondisi:

Seperti pada kisi konvensional, dapat dibuktikan bahwa pada sudut yang ditentukan oleh kondisi ini, dua balok saling menguatkan, yaitu kondisi (1,37) benar-benar merupakan kondisi maksimum utama. Kondisi ini disebut kondisi Wulf-Bragg.

Setiap rangkaian bidang yang ditempatkan secara periodik menghasilkan sistem titiknya sendiri. Letak titik pada film fotografi sepenuhnya ditentukan oleh jarak antar bidang d. Dengan menganalisis gambaran umum titik maksimum, seseorang dapat menemukan beberapa nilai d: d1, d2,... Dengan menggunakan kumpulan parameter ini, pada gilirannya, dimungkinkan untuk menentukan jenis kisi kristal dan menentukan jarak antar atom untuk itu. Jadi, difraksi sinar-X oleh kristal memberi kita metode yang ampuh untuk menentukan struktur kristal dan, secara umum, sistem molekuler di mana atom-atomnya tersusun dalam urutan yang benar. Selain kristal, sistem tersebut mencakup, misalnya, molekul kompleks sistem biologis, khususnya kromosom sel hidup. Analisis struktur kristal dengan menggunakan difraksi sinar-X merupakan suatu ilmu utuh yang disebut analisis struktur sinar-X.

Difraksi sinar-X juga dapat digunakan untuk memecahkan masalah lain: jika diketahui d, tentukan . Spektograf sinar-X dibuat berdasarkan prinsip ini.

Beberapa efek terkenal yang mengkonfirmasi sifat gelombang cahaya adalah difraksi dan interferensi. Area penerapan utama mereka adalah spektroskopi, untuk menganalisis komposisi spektral radiasi elektromagnetik kisi difraksi digunakan. Rumus yang menjelaskan posisi maxima utama yang diberikan oleh kisi ini dibahas dalam artikel ini.

Apa saja fenomena difraksi dan interferensi?

Sebelum mempertimbangkan turunan rumus kisi difraksi, ada baiknya kita mengenal fenomena yang membuat kisi tersebut berguna, yaitu difraksi dan interferensi.

Difraksi adalah proses perubahan gerak muka gelombang ketika dalam perjalanannya menemui hambatan buram yang dimensinya sebanding dengan panjang gelombang. Misalnya, jika sinar matahari dilewatkan melalui lubang kecil, maka di dinding kita tidak dapat mengamati titik bercahaya kecil (yang seharusnya terjadi jika cahaya merambat dalam garis lurus), tetapi titik bercahaya dengan ukuran tertentu. Fakta ini menunjukkan sifat gelombang cahaya.

Interferensi adalah fenomena lain yang unik pada gelombang. Esensinya terletak pada superposisi gelombang satu sama lain. Jika osilasi gelombang dari beberapa sumber konsisten (koheren), maka pola stabil bolak-balik area terang dan gelap pada layar dapat diamati. Minimum pada gambar seperti itu dijelaskan oleh datangnya gelombang pada suatu titik tertentu dalam antifase (pi dan -pi), dan maksimum adalah hasil dari kedatangan gelombang pada titik tersebut dalam fase yang sama (pi dan pi).

Kedua fenomena yang dijelaskan pertama kali dijelaskan oleh orang Inggris ketika ia mempelajari difraksi cahaya monokromatik oleh dua celah tipis pada tahun 1801.

Prinsip Huygens-Fresnel dan perkiraan medan jauh dan dekat

Deskripsi matematis fenomena difraksi dan interferensi bukanlah tugas yang sepele. Menemukan solusi pastinya memerlukan perhitungan rumit yang melibatkan teori gelombang elektromagnetik Maxwell. Namun demikian, pada tahun 20-an abad ke-19, Augustin Fresnel dari Prancis menunjukkan bahwa dengan menggunakan gagasan Huygens tentang sumber gelombang sekunder, fenomena ini dapat berhasil dijelaskan. Ide ini mengarah pada perumusan prinsip Huygens-Fresnel, yang saat ini mendasari penurunan semua rumus difraksi oleh rintangan yang bentuknya berubah-ubah.

Meskipun demikian, prinsip Huygens-Fresnel pun digunakan untuk menyelesaikan masalah difraksi pandangan umum gagal, oleh karena itu, ketika mendapatkan rumus, mereka menggunakan beberapa perkiraan. Yang utama adalah muka gelombang bidang. Bentuk gelombang inilah yang harus menimpa rintangan tersebut guna menyederhanakan sejumlah perhitungan matematis.

Perkiraan selanjutnya terletak pada posisi layar dimana pola difraksi diproyeksikan relatif terhadap hambatan. Posisi ini digambarkan dengan bilangan Fresnel. Ini dihitung seperti ini:

Dimana a adalah dimensi geometri penghalang (misalnya celah atau lubang bundar), λ adalah panjang gelombang, D adalah jarak antara layar dan penghalang. Jika untuk percobaan tertentu F<<1 (<0,001), тогда говорят о приближении дальнего поля. Соответствующая ему дифракция носит фамилию Фраунгофера. Если же F>1, maka terjadi pendekatan medan dekat atau difraksi Fresnel.

Perbedaan difraksi Fraunhofer dan Fresnel terletak pada perbedaan kondisi terjadinya fenomena interferensi pada jarak kecil dan jarak jauh dari penghalang.

Penurunan rumus maksimum utama kisi difraksi, yang akan diberikan nanti dalam artikel, mengasumsikan pertimbangan difraksi Fraunhofer.

Kisi difraksi dan jenisnya

Kisi ini adalah pelat kaca atau plastik transparan berukuran beberapa sentimeter, yang di atasnya diberi guratan buram dengan ketebalan yang sama. Pukulan-pukulan tersebut terletak pada jarak konstan d satu sama lain. Jarak ini disebut periode kisi. Dua karakteristik penting lainnya dari perangkat ini adalah konstanta kisi a dan jumlah celah transparan N. Nilai a menentukan jumlah celah per 1 mm panjangnya, sehingga berbanding terbalik dengan periode d.

Ada dua jenis kisi difraksi:

• Transparan, seperti dijelaskan di atas. Pola difraksi dari kisi tersebut muncul sebagai akibat lewatnya muka gelombang yang melewatinya.
• Reflektif. Itu dibuat dengan menerapkan alur kecil pada permukaan yang halus. Difraksi dan interferensi dari pelat tersebut timbul karena pantulan cahaya dari puncak setiap alur.

Apa pun jenis kisinya, gagasan di balik pengaruhnya terhadap muka gelombang adalah menciptakan gangguan periodik di dalamnya. Hal ini mengarah pada pembentukan jumlah besar sumber koheren yang hasil interferensinya berupa pola difraksi pada layar.

Rumus dasar kisi difraksi

Penurunan rumus ini melibatkan pertimbangan ketergantungan intensitas radiasi pada sudut datangnya pada layar. Pada pendekatan medan jauh diperoleh rumus intensitas I(θ) sebagai berikut:

Saya(θ) = Saya 0 *(sin(β)/β) 2 * 2, dimana

α = pi*d/λ*(dosa(θ) - dosa(θ 0));

β = pi*a/λ*(dosa(θ) - dosa(θ 0)).

Dalam rumusnya, lebar celah kisi difraksi dilambangkan dengan simbol a. Oleh karena itu, pengali dalam tanda kurung bertanggung jawab atas difraksi pada celah tunggal. Nilai d adalah periode kisi difraksi. Rumusnya menunjukkan bahwa faktor dalam tanda kurung siku tempat munculnya periode ini menggambarkan interferensi dari sekumpulan celah kisi.

Dengan menggunakan rumus di atas, Anda dapat menghitung nilai intensitas untuk setiap sudut datangnya cahaya.

Jika kita mencari nilai intensitas maksimum I(θ), kita dapat menyimpulkan bahwa nilai tersebut muncul dengan syarat α = m*pi, dengan m adalah bilangan bulat apa pun. Untuk kondisi maxima diperoleh :

m*pi = pi*d/λ*(dosa(θ m) - sin(θ 0)) =>

sin(θ m) - sin(θ 0) = m*λ/d.

Ekspresi yang dihasilkan disebut rumus maksimum kisi difraksi. Angka m adalah orde difraksi.

Cara lain untuk menulis rumus dasar kisi

Perhatikan bahwa rumus yang diberikan pada paragraf sebelumnya mengandung istilah sin(θ 0). Di sini sudut θ 0 mencerminkan arah datangnya muka gelombang cahaya relatif terhadap bidang kisi. Jika bagian depannya sejajar dengan bidang ini, maka θ 0 = 0 o. Kemudian kita mendapatkan ekspresi untuk maxima:

Karena konstanta kisi a (jangan bingung dengan lebar celah) berbanding terbalik dengan d, rumus di atas dapat ditulis ulang dalam konstanta kisi difraksi menjadi:

Untuk menghindari kesalahan saat mensubstitusi bilangan tertentu λ, a, dan d ke dalam rumus ini, Anda harus selalu menggunakan satuan SI yang sesuai.

Konsep dispersi sudut kisi

Besaran ini kita nyatakan dengan huruf D. Menurut definisi matematisnya ditulis sebagai berikut:

Arti fisis dari dispersi sudut D adalah menunjukkan pada sudut berapa dθ m maksimum orde difraksi m akan bergeser jika panjang gelombang datang diubah sebesar dλ.

Jika kita menerapkan persamaan ini pada persamaan kisi, maka kita mendapatkan rumus:

Dispersi sudut kisi difraksi ditentukan oleh rumus di atas. Terlihat nilai D bergantung pada orde m dan periode d.

Semakin besar dispersi D, semakin tinggi resolusi kisi yang diberikan.

Resolusi kisi

Resolusi dipahami sebagai besaran fisis yang menunjukkan berapa nilai minimum dua panjang gelombang yang dapat berbeda sehingga maksimumnya muncul secara terpisah dalam pola difraksi.

Resolusi ditentukan oleh kriteria Rayleigh. Dikatakan: dua maksima dapat dipisahkan dalam pola difraksi jika jarak antara keduanya lebih besar dari setengah lebar masing-masing maksima. Setengah lebar sudut maksimum untuk kisi ditentukan dengan rumus:

Δθ 1/2 = λ/(N*d*cos(θ m)).

Resolusi kisi menurut kriteria Rayleigh adalah:

Δθ m >Δθ 1/2 atau D*Δλ>Δθ 1/2.

Mengganti nilai D dan Δθ 1/2, kita mendapatkan:

Δλ*m/(d*cos(θ m))>λ/(N*d*cos(θ m) =>

Δλ > λ/(m*N).

Ini adalah rumus resolusi kisi difraksi. Semakin banyak jumlah garis N pada pelat dan semakin tinggi orde difraksinya, semakin besar pula resolusi untuk panjang gelombang tertentu λ.

Kisi difraksi dalam spektroskopi

Mari kita tuliskan lagi persamaan dasar maksimum untuk kisi:

Di sini Anda dapat melihat bahwa semakin panjang panjang gelombang yang jatuh pada pelat yang mempunyai garis-garis, semakin besar sudutnya, maka maksimum yang akan muncul di layar. Dengan kata lain, jika cahaya non-monokromatik (misalnya putih) dilewatkan melalui pelat, maka Anda dapat melihat tampilan warna maksimal di layar. Dimulai dari maksimum putih pusat (difraksi orde nol), maksimum selanjutnya akan muncul untuk panjang gelombang yang lebih pendek (ungu, biru), dan kemudian untuk panjang gelombang yang lebih panjang (oranye, merah).

Kesimpulan penting lainnya dari rumus ini adalah ketergantungan sudut m pada orde difraksi. Semakin besar m maka semakin besar pula nilai θ m. Artinya garis-garis warna akan lebih terpisah satu sama lain secara maksimal untuk tatanan difraksi tinggi. Fakta ini telah disorot ketika resolusi kisi-kisi tersebut dipertimbangkan (lihat paragraf sebelumnya).

Kemampuan kisi difraksi yang dijelaskan memungkinkannya digunakan untuk menganalisis spektrum emisi berbagai objek bercahaya, termasuk bintang dan galaksi jauh.

Contoh penyelesaian masalah

Mari tunjukkan cara menggunakan rumus kisi difraksi. Panjang gelombang cahaya yang jatuh pada kisi adalah 550 nm. Sudut terjadinya difraksi orde pertama harus ditentukan jika periode d adalah 4 µm.

Kami mengubah semua data menjadi satuan SI dan mengganti persamaan ini:

θ 1 = arcsin(550*10 -9 /(4*10 -6)) = 7,9 o.

Jika layar terletak pada jarak 1 meter dari kisi, maka dari tengah maksimum pusat garis difraksi orde pertama untuk gelombang 550 nm akan muncul pada jarak 13,8 cm, yang sesuai dengan sudut 7,9o.

Kisi difraksi

Kisi difraksi reflektif yang sangat besar.

Kisi difraksi- perangkat optik yang beroperasi berdasarkan prinsip difraksi cahaya, adalah kumpulan sejumlah besar goresan (celah, tonjolan) dengan jarak teratur yang diterapkan pada permukaan tertentu. Deskripsi pertama tentang fenomena tersebut dibuat oleh James Gregory, yang menggunakan bulu burung sebagai kisi-kisi.

Jenis kisi-kisi

• Reflektif: Goresan diterapkan pada permukaan cermin (logam), dan pengamatan dilakukan pada cahaya yang dipantulkan
• Transparan: Goresan diterapkan pada permukaan transparan (atau dipotong dalam bentuk celah pada layar buram), pengamatan dilakukan dalam cahaya yang ditransmisikan.

Deskripsi fenomena tersebut

Seperti inilah penampakan cahaya dari senter pijar ketika melewati kisi difraksi transparan. Nol maksimum ( M=0) sesuai dengan cahaya yang melewati kisi tanpa penyimpangan. Karena dispersi kisi pada bagian pertama ( M=±1) secara maksimal, seseorang dapat mengamati penguraian cahaya menjadi suatu spektrum. Sudut defleksi meningkat dengan meningkatnya panjang gelombang (dari ungu menjadi merah)

Bagian depan gelombang cahaya dibagi oleh kisi-kisi menjadi berkas cahaya koheren yang terpisah. Berkas-berkas ini mengalami difraksi oleh garis-garis dan saling berinterferensi. Karena setiap panjang gelombang memiliki sudut difraksinya sendiri, cahaya putih terurai menjadi suatu spektrum.

Rumus

Jarak yang dilalui garis-garis pada kisi disebut periode kisi difraksi. Ditunjuk melalui surat D.

Jika jumlah pukulan diketahui ( N), per 1 mm kisi, maka periode kisi dicari dengan rumus: 0,001 / N

Rumus kisi difraksi:

D- periode kisi, α - sudut maksimum warna tertentu, k- urutan maksimum, λ - panjang gelombang.

Karakteristik

Salah satu ciri kisi difraksi adalah dispersi sudut. Mari kita asumsikan bahwa suatu orde maksimum diamati pada sudut φ untuk panjang gelombang λ dan pada sudut φ+Δφ untuk panjang gelombang λ+Δλ. Dispersi sudut kisi disebut rasio D=Δφ/Δλ. Ekspresi D dapat diperoleh dengan membedakan rumus kisi difraksi

Jadi, dispersi sudut meningkat seiring dengan berkurangnya periode kisi D dan meningkatkan tatanan spektrum k.

Manufaktur

Kisi-kisi yang baik memerlukan ketelitian pembuatan yang sangat tinggi. Jika setidaknya satu dari banyak slot ditempatkan dengan kesalahan, kisi-kisinya akan rusak. Mesin untuk membuat kisi-kisi dibangun dengan kuat dan dalam pada fondasi khusus. Sebelum memulai produksi kisi-kisi yang sebenarnya, mesin bekerja selama 5-20 jam dengan kecepatan idle untuk menstabilkan semua komponennya. Pemotongan kisi-kisi berlangsung hingga 7 hari, meskipun waktu pukulannya 2-3 detik.

Aplikasi

Kisi difraksi digunakan dalam instrumen spektral, juga sebagai sensor optik perpindahan linier dan sudut (mengukur kisi difraksi), polarizer dan filter radiasi infra merah, pemecah sinar dalam interferometer dan apa yang disebut kacamata “anti-silau”.

literatur

• Sivukhin D.V. Kursus umum fisika. - Edisi ke-3, stereotip. - M.: Fizmatlit, MIPT, 2002. - T.IV. Optik. - 792 hal. - ISBN 5-9221-0228-1
• Tarasov K.I., Perangkat spektral, 1968

Lihat juga

• Optik Fourier

Yayasan Wikimedia. 2010.

Lihat apa itu "Kisi difraksi" di kamus lain:

Perangkat optik; sekumpulan sejumlah besar celah paralel pada layar buram atau strip cermin reflektif (garis), dengan jarak yang sama satu sama lain, di mana terjadi difraksi cahaya. Kisi difraksi terurai... ... Kamus Ensiklopedis Besar

GRATING DIFRAKSI, pelat yang diberi garis sejajar pada jarak yang sama satu sama lain (hingga 1500 per 1 mm), yang berfungsi untuk memperoleh SPECTRA selama DIFRAKSI cahaya. Kisi-kisi transmisi transparan dan dilapisi... ... Kamus ensiklopedis ilmiah dan teknis

kisi difraksi- Permukaan cermin dengan garis paralel mikroskopis diterapkan padanya, perangkat yang memisahkan (seperti prisma) cahaya yang datang ke dalamnya menjadi warna komponen spektrum tampak. Topik teknologi Informasi V …

kisi difraksi- difrakcinė gardelė statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Optinis periodinės sandaros įtaisas difrakciniams spektrams gauti. atitikmenys: bahasa inggris. kisi difraksi vok. Beugungsgitter, n; Pengaduk difraksi, dan rus.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

Perangkat optik, kumpulan sejumlah besar celah paralel pada layar buram atau guratan cermin reflektif (strip), dengan jarak yang sama satu sama lain, tempat terjadinya difraksi cahaya. D.R. menguraikan cahaya yang jatuh padanya menjadi... ... Kamus Astronomi

kisi difraksi (dalam jalur komunikasi optik)- kisi difraksi Elemen optik dengan struktur periodik yang memantulkan (atau mentransmisikan) cahaya pada satu atau lebih sudut berbeda, bergantung pada panjang gelombang. Dasarnya terdiri dari perubahan indikator yang berulang secara berkala... ... Panduan Penerjemah Teknis

kisi difraksi spektral cekung- Kisi difraksi spektral dibuat pada permukaan optik cekung. Catatan Kisi difraksi spektral cekung tersedia dalam tipe bola dan asferis. [GOST 27176 86] Topik optik, instrumen optik dan pengukuran... Panduan Penerjemah Teknis

kisi difraksi spektral hologram- Kisi difraksi spektral, dibuat dengan merekam pola interferensi dari dua atau lebih sinar koheren pada bahan peka radiasi. [GOST 27176 86] Topik: optik, instrumen optik dan pengukuran... Panduan Penerjemah Teknis

kisi difraksi spektral berulir- Kisi difraksi spektral dibuat dengan menerapkan coretan pada mesin pemisah. [GOST 27176 86] Topik: optik, instrumen optik dan pengukuran... Panduan Penerjemah Teknis

Ketika seberkas cahaya monokromatik paralel datang tegak lurus (biasanya) ke kisi difraksi pada layar di bidang fokus lensa pengumpul yang terletak sejajar dengan kisi difraksi, pola distribusi iluminasi yang tidak seragam di berbagai area layar ( pola difraksi) diamati.

Utama maksimal pola difraksi ini memenuhi ketentuan berikut:

Di mana N- urutan maksimum difraksi utama, D - konstanta (periode) kisi difraksi, λ - panjang gelombang cahaya monokromatik,φn- sudut antara garis normal ke kisi difraksi dan arah ke maksimum difraksi utama N th memesan.

Konstanta (periode) panjang kisi difraksi aku

di mana N - jumlah celah (garis) per bagian kisi difraksi dengan panjang I.

Seiring dengan panjang gelombangfrekuensi yang sering digunakan ay ombak.

Untuk gelombang elektromagnetik (cahaya) dalam ruang hampa

dimana c = 3 * 10 8 m/s - kecepatan perambatan cahaya dalam ruang hampa.

Mari kita pilih dari rumus (1) rumus yang paling sulit ditentukan secara matematis untuk orde maksimum difraksi utama:

di mana menunjukkan keseluruhan bagian angka d*dosa(φ/λ).

Analogi rumus yang belum ditentukan (4, a, b) tanpa simbol [...] di sisi kanan berisi potensi bahaya menggantikan operasi seleksi berbasis fisik bagian bilangan bulat dari operasi bilangan membulatkan suatu angka d*dosa(φ/λ) ke nilai integer menurut aturan matematika formal.

Kecenderungan bawah sadar (jejak palsu) untuk menggantikan operasi mengisolasi bagian bilangan bulat dari suatu bilangan d*dosa(φ/λ) operasi pembulatan

bilangan ini menjadi nilai bilangan bulat menurut aturan matematika bahkan lebih intensif lagi tugas tes tipe B untuk menentukan orde maxima difraksi utama.

Dalam tugas tes tipe B apa pun, nilai numerik dari besaran fisis yang diperlukandengan persetujuandibulatkan menjadi nilai integer. Namun, dalam literatur matematika tidak ada aturan seragam untuk pembulatan bilangan.

Dalam buku referensi oleh V. A. Gusev, A. G. Mordkovich tentang matematika untuk siswa dan bahasa Belarusia buku pelajaran L. A. Latotina, V. Ya.Chebotarevsky dalam matematika untuk kelas empat pada dasarnya memberikan dua aturan yang sama untuk pembulatan bilangan. Rumusnya sebagai berikut: "Saat membulatkan pecahan desimal ke angka mana pun, semua angka yang mengikuti angka ini diganti dengan nol, dan jika setelah koma, angka tersebut dibuang. Jika angka pertama setelah angka ini lebih besar dari atau sama dengan lima, maka angka terakhir yang tersisa bertambah 1. Jika angka pertama setelah angka ini kurang dari 5, maka angka terakhir yang tersisa tidak diubah."

Dalam buku referensi M. Ya.Vygodsky tentang matematika dasar, yang telah melalui dua puluh tujuh (!) Edisi, tertulis (hal. 74): “Aturan 3. Jika angka 5 dibuang, dan tidak ada angka penting di belakangnya, kemudian dilakukan pembulatan ke bilangan genap terdekat, yaitu angka terakhir yang disimpan tidak berubah jika genap, dan ditambah (bertambah 1) jika ganjil.”

Karena keberadaannya aturan yang berbeda pembulatan bilangan, aturan pembulatan bilangan desimal harus dirumuskan secara eksplisit dalam “Petunjuk untuk Siswa” yang dilampirkan pada tugas tes terpusat dalam fisika. Proposal ini memperoleh relevansi tambahan, karena tidak hanya warga Belarus dan Rusia, tetapi juga negara-negara lain, yang masuk universitas Belarusia dan menjalani ujian wajib, dan tentu saja tidak diketahui aturan pembulatan angka apa yang mereka gunakan saat belajar di negara mereka.

Dalam semua kasus, kami akan membulatkan angka desimal menurut aturan, diberikan dalam, .

Setelah terpaksa mundur, mari kita kembali ke pembahasan masalah fisik yang sedang dibahas.

Dengan memperhitungkan nol ( N= 0) dari maksimum utama dan susunan simetris dari maksimum utama yang tersisa relatif terhadapnya total maxima utama yang diamati dari kisi difraksi dihitung dengan menggunakan rumus:

Jika jarak kisi difraksi ke layar tempat pola difraksi diamati dilambangkan dengan H, maka koordinat maksimum difraksi utama N urutan ke-1 ketika menghitung dari nol maksimum adalah sama dengan

Jika maka (radian) dan

Soal-soal pada topik yang sedang dibahas sering kali ditawarkan selama tes fisika.

Mari kita mulai ulasannya dengan melihat tes bahasa Rusia yang digunakan oleh universitas Belarusia di tahap awal, ketika pengujian di Belarus bersifat opsional dan dilakukan secara terpisah lembaga pendidikan atas risiko dan risiko Anda sendiri sebagai alternatif dari ujian masuk tertulis dan lisan individu biasa.

Tes No.7

A32. Orde spektral tertinggi yang dapat diamati melalui difraksi cahaya dengan panjang gelombang λ pada kisi difraksi dengan suatu periode d=3,5λ sama

1) 4; 2) 7; 3) 2; 4) 8; 5) 3.

Larutan

Monokromatiktidak ada cahaya spektrum keluar dari pertanyaan. Dalam rumusan masalah, kita harus membicarakan tentang maksimum difraksi utama orde tertinggi ketika cahaya monokromatik datang tegak lurus pada kisi difraksi.

Menurut rumus (4,b)

Dari kondisi yang tidak dapat ditentukan

pada himpunan bilangan bulat, setelah pembulatan kita perolehn maks=4.

Hanya karena ketidakcocokan bagian bilangan bulat dari nomor tersebut d/λ dengan nilai integernya yang dibulatkan solusi yang benar (n maks=3) berbeda dengan salah (n maks=4) pada tingkat ujian.

Miniatur yang luar biasa, meskipun ada kekurangan dalam kata-katanya, dengan jejak palsu yang diverifikasi dengan cermat di ketiga versi pembulatan angka!

A18. Jika kisi difraksi konstan d= 2 µm, maka untuk cahaya putih biasanya datang pada kisi 400 nm<λ < 700 нм наибольший полностью наблюдаемый порядок спектра равен

1)1; 2)2; 3)3; 4)4; 5)5.

Larutan

Jelas sekali n sp =min(n 1maks, n 2maks)

Menurut rumus (4,b)

Pembulatan angka d/λ ke nilai integer sesuai aturan - , kita mendapatkan:

Karena kenyataan bahwa bilangan tersebut adalah bagian bilangan bulat d/λ 2 berbeda dari nilai bilangan bulatnya yang dibulatkan, tugas ini memungkinkan Anda melakukannya secara objektif membedakan solusi yang tepat(n sp = 2) dari salah ( N sp =3). Masalah besar dengan satu petunjuk palsu!

Tes CT 2002 No.3

PADA 5. Tentukan orde spektral tertinggi untuk garis Na kuning (λ = 589 nm), jika konstanta kisi difraksi adalah d = 2 µm.

Larutan

Tugas tersebut dirumuskan secara ilmiah secara tidak benar. Pertama, saat menerangi kisi difraksimonokromatikDengan cahaya, seperti disebutkan di atas, tidak ada pembicaraan tentang spektrum (spektra). Rumusan masalah harus berhubungan dengan orde tertinggi dari maksimum difraksi utama.

Kedua, kondisi tugas harus menunjukkan bahwa cahaya jatuh secara normal (tegak lurus) pada kisi difraksi, karena hanya kasus khusus ini yang dipertimbangkan dalam mata pelajaran fisika di lembaga pendidikan menengah. Batasan ini tidak dapat dianggap tersirat secara default: semua batasan harus ditentukan dalam pengujian jelas sekali! Tugas tes harus merupakan tugas mandiri dan benar secara ilmiah.

Angka 3,4, dibulatkan menjadi nilai bilangan bulat menurut aturan aritmatika - , juga menghasilkan 3. Tepat oleh karena itu, tugas ini harus dianggap sederhana dan, pada umumnya, tidak berhasil, karena pada tingkat pengujian tidak memungkinkan seseorang untuk secara objektif membedakan solusi yang benar, ditentukan oleh bagian bilangan bulat dari angka 3.4, dari solusi yang salah, ditentukan oleh nilai bilangan bulat yang dibulatkan dari angka 3.4. Perbedaannya hanya terungkap dengan penjelasan rinci tentang proses solusi yang dilakukan dalam artikel ini.

Tambahan 1. Selesaikan masalah di atas dengan mengganti kondisinya d=2 µm kali d= 1,6 µm. Menjawab: n maks = 2.

Tes CT 2002 4

PADA 5. Cahaya dari lampu pelepasan gas diarahkan ke kisi difraksi. Spektrum difraksi radiasi lampu diperoleh di layar. Garis dengan panjang gelombang λ 1 = 510 nm pada spektrum orde keempat bertepatan dengan garis panjang gelombang λ 2 dalam spektrum orde ketiga. Sama dengan apa λ 2(dalam [nm])?

Larutan

Dalam masalah ini yang menjadi perhatian utama bukanlah pemecahan masalah, melainkan rumusan kondisinya.

Ketika disinari oleh kisi difraksinon-monokromatik lampu( λ 1 , λ 2) lumayan wajar jika kita berbicara (menulis) tentang spektrum difraksi, yang pada prinsipnya tidak ada ketika menerangi kisi difraksimonokromatik lampu.

Kondisi tugas harus menunjukkan bahwa cahaya dari lampu pelepasan gas jatuh secara normal pada kisi difraksi.

Selain itu, gaya filologis kalimat ketiga pada kondisi tugas harus diubah. Pergantian "garis dengan panjang gelombang" menyakitkan telinga λ "" , dapat diganti dengan “garis yang berhubungan dengan radiasi dengan panjang gelombang λ "" atau dalam bentuk yang lebih pendek - “garis yang sesuai dengan panjang gelombang λ "" .

Formulasi tes harus benar secara ilmiah dan sempurna secara sastra. Tes dirumuskan dengan cara yang sangat berbeda dari tugas penelitian dan Olimpiade! Dalam pengujian, semuanya harus tepat, spesifik, dan tidak ambigu.

Dengan mempertimbangkan klarifikasi kondisi tugas di atas, kami memiliki:

Karena sesuai dengan kondisi tugas Itu

Tes CT 2002 No.5

PADA 5. Tentukan orde maksimum difraksi tertinggi untuk garis natrium kuning dengan panjang gelombang 5,89·10 -7 m jika periode kisi difraksi adalah 5 µm.

Larutan

Dibandingkan dengan tugas PADA 5 dari tes No. 3 TsT 2002, tugas ini dirumuskan lebih tepat, namun dalam kondisi tugas, kita tidak boleh berbicara tentang “maksimum difraksi”, tetapi tentang “ maksimum difraksi utama".

Bersama utama difraksi maxima selalu ada juga sekunder difraksi maksimal. Tanpa menjelaskan nuansa ini dalam kursus fisika sekolah, yang lebih penting adalah mematuhi terminologi ilmiah yang sudah ada dan hanya berbicara tentang maksimum difraksi utama.

Selain itu, perlu diperhatikan bahwa cahaya jatuh secara normal pada kisi difraksi.

Dengan mempertimbangkan klarifikasi di atas

Dari kondisi yang tidak terdefinisi

menurut aturan pembulatan matematika angka 8,49 ke nilai bilangan bulat, kita kembali memperoleh 8. Oleh karena itu, tugas ini, seperti tugas sebelumnya, harus dianggap tidak berhasil.

Tambahan 2. Selesaikan masalah di atas dengan mengganti kondisinya D =5 µm per (1=A µm. Jawaban:n maks=6.)

Panduan RIKZ 2003 Tes No.6

PADA 5. Jika maksimum difraksi kedua terletak pada jarak 5 cm dari pusat layar, maka ketika jarak kisi difraksi ke layar bertambah 20%, maksimum difraksi tersebut akan terletak pada jarak... cm.

Larutan

Kondisi tugas dirumuskan dengan tidak memuaskan: alih-alih "maksimum difraksi" Anda memerlukan "maksimum difraksi utama", alih-alih "dari tengah layar" - "dari maksimum difraksi utama nol".

Seperti yang terlihat dari gambar di atas,

Dari sini

Panduan RIKZ 2003 Tes No.7

PADA 5. Tentukan orde spektral tertinggi pada kisi difraksi yang mempunyai 500 garis per 1 mm bila disinari dengan cahaya dengan panjang gelombang 720 nm.

Larutan

Kondisi tugas dirumuskan dengan sangat tidak berhasil dari sudut pandang ilmiah (lihat klarifikasi tugas No. 3 dan 5 dari CT 2002).

Ada juga keluhan tentang gaya filologis dalam menyusun tugas. Alih-alih frasa "dalam kisi difraksi", kita harus menggunakan frasa "dari kisi difraksi", dan alih-alih "cahaya dengan panjang gelombang" - "cahaya dengan panjang gelombang". Panjang gelombang bukanlah beban pada gelombang, melainkan ciri utamanya.

Dengan mempertimbangkan klarifikasi

Dengan menggunakan ketiga aturan pembulatan bilangan di atas, pembulatan 2,78 ke bilangan bulat menghasilkan 3.

Fakta terakhir, meski dengan segala kekurangan dalam perumusan kondisi tugas, membuatnya menarik, karena memungkinkan kita membedakan mana yang benar (n maks=2) dan salah (n maks=3) solusi.

Banyak tugas tentang topik yang sedang dipertimbangkan terkandung dalam CT 2005.

Dalam kondisi semua tugas ini (B1), Anda perlu menambahkan kata kunci "utama" sebelum frasa "maksimum difraksi" (lihat komentar untuk tugas B5 CT 2002 Tes No. 5).

Sayangnya, di semua versi tes V1 TsT 2005, nilai numeriknya d(aku,T) Dan λ dipilih dengan buruk dan selalu diberikan dalam pecahan

jumlah "persepuluh" kurang dari 5, yang tidak memungkinkan pada tingkat pengujian untuk membedakan operasi pemisahan bagian bilangan bulat dari suatu pecahan (keputusan yang benar) dari operasi pembulatan pecahan ke nilai bilangan bulat (jejak salah) . Keadaan ini menimbulkan pertanyaan tentang kelayakan menggunakan tugas-tugas ini untuk menguji pengetahuan pelamar secara objektif tentang topik yang sedang dipertimbangkan.

Nampaknya para penyusun tes terbawa suasana, secara kiasan, dengan menyiapkan berbagai “lauk pauk”, tanpa memikirkan peningkatan kualitas komponen utama “hidangan” – pemilihan nilai numerik. d(aku,T) Dan λ untuk menambah jumlah "persepuluh" dalam pecahan d/ =l/(N* λ).

CT 2005 Opsi 4

DALAM 1. Pada kisi difraksi yang periodenyad 1=1,2 µm, berkas cahaya monokromatik yang biasanya sejajar dengan panjang gelombang λ =500nm. Jika kita menggantinya dengan kisi-kisi yang periodenyad 2=2,2 µm, maka jumlah maksimumnya akan bertambah sebesar... .

Larutan

Daripada "cahaya dengan panjang gelombang λ"" Anda membutuhkan "panjang gelombang cahaya λ "" . Gaya, gaya, dan lebih banyak gaya!

Karena

kemudian, dengan mempertimbangkan fakta bahwa X adalah konstanta, dan d 2 >di,

Menurut rumus (4,b)

Karena itu, ΔN jumlah keseluruhan maks =2(4-2)=4

Saat membulatkan angka 2,4 dan 4,4 ke bilangan bulat, kita juga mendapatkan masing-masing 2 dan 4. Oleh karena itu, tugas ini harus dianggap sederhana dan bahkan tidak berhasil.

Tambahan 3. Selesaikan masalah di atas dengan mengganti kondisinya λ =500nm pada λ =433 nm (garis biru pada spektrum hidrogen).

Jawaban: ΔN total. maks=6

CT 2005 Opsi 6

DALAM 1. Pada kisi difraksi dengan suatu periode d= Seberkas cahaya monokromatik yang biasanya sejajar dengan panjang gelombang λ =750nm. Jumlah maksimum yang dapat diamati dalam suatu sudut A=60°, yang garis baginya tegak lurus bidang kisi, sama dengan... .

Larutan

Ungkapan “cahaya dengan panjang gelombang λ " telah dibahas di atas pada CT 2005, opsi 4.

Kalimat kedua pada kondisi tugas ini dapat disederhanakan dan ditulis sebagai berikut: “Jumlah maksimum utama yang diamati pada sudut a = 60°” dan selanjutnya sesuai dengan teks tugas awal.

Jelas sekali

Menurut rumus (4, a)

Menurut rumus (5, a)

Tugas ini, seperti yang sebelumnya, tidak memungkinkan secara obyektif menentukan tingkat pemahaman terhadap topik yang dibicarakan pelamar.

Lampiran 4. Selesaikan tugas di atas, ganti kondisinya λ =750nm pada λ = 589 nm (garis kuning pada spektrum natrium). Jawaban: Tidak o6ш =3.

CT 2005 Opsi 7

DALAM 1. Pada kisi difraksi yang mempunyainomor 1- 400 pukulan per aku= Panjang 1 mm, seberkas cahaya monokromatik sejajar dengan panjang gelombang λ =400nm. Jika diganti dengan kisi-kisi yang mempunyainomor 2=800 pukulan per aku=panjangnya 1 mm, maka jumlah difraksi maksimalnya akan berkurang sebesar... .

Larutan

Kami akan menghilangkan pembahasan ketidakakuratan kata-kata pada tugas, karena sama dengan tugas sebelumnya.

Dari rumus (4, b), (5, b) berikut ini

Bagaimana cara mencari periode kisi difraksi?

yah sayang sekali jika tidak mengetahuinya

Ternyata, itu hanya beberapa unit saja.
Artinya, tidak ada satuan ukuran tertentu.
http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/84886/Diffraction
Setidaknya di sini saya membaca bahwa R=mN, di mana m hanyalah bilangan bulat, dan N lagi-lagi adalah jumlah celah, dan karena tidak ada satuan pengukuran yang tersirat di dalamnya, maka kita dapat mengharapkan semacam satuan pengukuran dari mereka bekerja juga tidak seharusnya.
Hal yang sama mengikuti rumus “R=λ/dλ”: ini seperti membagi waktu dengan perubahan waktu - hanya akan ada satuan, jika logika saya benar.

• DIFRAKSI CAHAYA

  dalam arti sempit (paling umum) - fenomena sinar cahaya yang membelok di sekitar kontur benda buram dan, akibatnya, penetrasi cahaya ke dalam wilayah geometris. bayangan; dalam arti luas - manifestasi sifat gelombang cahaya dalam kondisi yang dekat dengan kondisi penerapan representasi optik geometris.
  Secara alami kondisi D.s. biasanya diamati sebagai batas kabur dan kabur dari bayangan suatu benda yang disinari oleh sumber yang jauh. D. s. di ruang angkasa. area di mana kerapatan fluks sinar mengalami perubahan tajam (di wilayah permukaan kaustik, fokus, batas bayangan geometris, dll.). Dalam kondisi laboratorium, dimungkinkan untuk mendeteksi struktur cahaya di area ini, yang diwujudkan dalam pergantian area terang dan gelap (atau berwarna) di layar. Terkadang struktur ini sederhana, seperti misalnya pada D. s. pada kisi difraksi, seringkali sangat kompleks, mis. di area fokus lensa. D.s. pada benda dengan batas tajam digunakan dalam optik instrumental dan, khususnya, menentukan batas kemampuan optik. perangkat.
  Elemen pertama. kuantitas teori D.s. Perancis dikembangkan. fisikawan O. Fresnel (1816), yang menjelaskannya sebagai akibat interferensi gelombang sekunder (lihat PRINSIP HUYGENS - FRESNEL). Terlepas dari kekurangannya, metode teori ini tetap penting, terutama dalam perhitungan yang bersifat evaluatif.
  Metodenya terdiri dari membagi bagian depan gelombang datang, terpotong oleh tepi layar, menjadi zona Fresnel.
  Beras. 1. Difraksi berdering saat cahaya lewat: di sebelah kiri - melalui lubang bundar, yang cocok dengan jumlah zona yang genap; di sebelah kanan - di sekitar layar bundar.
  Gelombang cahaya sekunder diyakini tidak dihasilkan di layar dan medan cahaya di titik pengamatan ditentukan oleh jumlah kontribusi dari semua zona. Jika lubang di layar menyisakan sejumlah zona terbuka (Gbr. 1), maka di tengah difraksi. Gambar tersebut ternyata merupakan titik gelap, dan dengan jumlah zona ganjil - menjadi titik terang. Di tengah bayangan dari layar bundar yang menutupi tidak terlalu banyak zona Fresnel, diperoleh titik cahaya. Besaran kontribusi zona terhadap medan cahaya di titik pengamatan sebanding dengan luas zona dan perlahan menurun seiring bertambahnya jumlah zona. Zona yang berdekatan memberikan kontribusi tanda yang berlawanan, karena fase gelombang yang dipancarkannya berlawanan.
  Hasil teori O. Fresnel menjadi bukti yang menentukan sifat gelombang cahaya dan menjadi dasar teori pelat zona. Ada dua jenis difraksi - difraksi Fresnel dan difraksi Fraunhofer, bergantung pada hubungan antara ukuran benda b, tempat difraksi terjadi, dan ukuran zona Fresnel? (zl) (dan oleh karena itu, bergantung pada jarak z ke titik pengamatan). Metode Fresnel hanya efektif jika ukuran lubang sebanding dengan ukuran zona Fresnel: b = ?(zl) (difraksi pada berkas konvergen). Dalam hal ini, sejumlah kecil zona di mana zona bola dibagi. gelombang dalam lubang menentukan gambaran D. s. Jika lubang pada layar lebih kecil dari zona Fresnel (b<-?(zl), дифракции Фраунгофера), как, напр., при очень удалённых от экрана наблюдателя и источника света, то можно пренебречь кривизной фронта волны, считать её плоской и картину дифракции характеризовать угловым распределением интенсивности потока. При этом падающий параллельный пучок света на отверстии становится расходящимся с углом расходимости j = l/b. При освещении щели параллельным монохроматич. пучком света на экране получается ряд тёмных и светлых полос, быстро убывающих по интенсивности. Если свет падает перпендикулярно к плоскости щели, то полосы расположены симметрично относительно центр. полосы (рис. 2), а освещённость меняется вдоль экрана периодически с изменением j, обращаясь в нуль при углах j, для к-рых sinj=ml/b (m=1, 2, 3, . . .).
  Beras. 2. Difraksi Fraunhofer dengan celah.
  Untuk nilai antara j, iluminasi mencapai maksimum. nilai-nilai. Bab. maksimum terjadi pada m=0 dan sinj=0, yaitu j=0. Saat lebar slot berkurang, bagian tengahnya. garis cahaya mengembang, dan untuk lebar celah tertentu posisi minimum dan maksimum bergantung pada l, yaitu semakin besar l, semakin besar jarak antar garis. Oleh karena itu, dalam kasus cahaya putih, terdapat serangkaian pola yang sesuai untuk warna berbeda; Bab. maksimum akan umum untuk semua l dan direpresentasikan sebagai garis putih, berubah menjadi garis berwarna dengan warna bergantian dari ungu ke merah.
  Dalam matematika. Difraksi Fraunhofer lebih sederhana dibandingkan difraksi Fresnel. Ide-ide Fresnel secara matematis diwujudkan olehnya. fisikawan G. Kirchhoff (1882), yang mengembangkan teori sistem dinamis batas, yang digunakan dalam praktik. Namun teorinya tidak memperhitungkan sifat vektor gelombang cahaya dan sifat material layar itu sendiri. Teori D. s. pada benda memerlukan penyelesaian masalah nilai batas hamburan listrik-magnetik yang kompleks. gelombang yang memiliki solusi hanya untuk kasus-kasus khusus.
  Solusi tepat pertama diperolehnya. fisikawan A. Sommerfeld (1894) untuk difraksi gelombang bidang oleh baji yang berkonduksi sempurna. Pada jarak yang lebih besar dari l dari ujung baji, hasil Sommerfeld memperkirakan penetrasi cahaya yang lebih dalam ke wilayah bayangan dibandingkan dengan teori Kirchhoff.
  Difraksi fenomena muncul tidak hanya pada batas tajam suatu benda, tetapi juga pada sistem yang diperluas. D. s. disebabkan oleh ketidakhomogenan dielektrik skala besar dibandingkan dengan l. permeabilitas lingkungan. Khususnya, volumetrik D. s. terjadi selama difraksi cahaya dengan ultrasound, dalam hologram dalam lingkungan turbulen dan optik nonlinier. lingkungan Seringkali, dispersi volumetrik, berbeda dengan dispersi batas, tidak dapat dipisahkan dari fenomena pemantulan dan pembiasan cahaya yang menyertainya. Dalam kasus di mana tidak ada batasan yang tegas dalam lingkungan dan pantulan tidak terlalu berpengaruh. berperan dalam sifat perambatan cahaya dalam medium, untuk difraksi. proses berlaku tanpa gejala. metode teori persamaan diferensial. Metode perkiraan seperti itu, yang menjadi pokok bahasan teori difusi difraksi, dicirikan oleh perubahan amplitudo dan fase gelombang cahaya sepanjang berkas yang lambat (pada ukuran H).
  Dalam optik nonlinier D. s. terjadi karena ketidakhomogenan indeks bias, yang diciptakan oleh radiasi itu sendiri yang merambat melalui medium. Sifat non-stasioner dari fenomena ini semakin memperumit gambaran sistem dinamis, di mana selain transformasi sudut spektrum radiasi, juga terjadi transformasi frekuensi.