Дифракция. Дифракция Френеля. Лекция 3

Дифракция – отклонение при распространении волн
от законов геометрической оптики

Дифракция волн различной природы
Дифракция волн на воде. От размера препятствия зависит характер дифракции
Дифракция звука
Дифракция радиоволн. Благодаря дифракции мы можем пользоваться телефоном за пределами прямой видимости вышки

Дифракция на щели
и опыт Юнга-интерференция на 2 щелях

Принцип Гюйгенса-Френеля
Фронтом волны точечного источника в однородном изотропном пространстве является сфера.
Амплитуда возмущения во всех точках сферического фронта волны, распространяющейся от точечного источника, одинакова.
стафеев

Дифракция на границах непрозрачного экрана

Дифракция Френеля
Дифракция на щели, на круглом отверстии

Зоны Френеля (полуволновые зоны)
Зоны Френеля - участки, на которые можно разбить поверхность световой (или звуковой) волны для вычисления результатов дифракции света(или звука). Впервые этот метод применил О. Френель в 1815. Суть метода такова:
Пусть от светящейся точки Q распространяется сферическая волна и требуется определить характеристики волнового процесса, вызванного ею в точке Р.
Разделим поверхность волны S на кольцевые зоны; для этого проведём из точки Р сферы радиусами PO, Pa = PO + λ/2; Pb = Pa + λ/2, Pc = Pb + λ/2, (О — точка пересечения поверхности волны с линией PQ; λ — длина световой волны).
Кольцеобразные участки поверхности волны, «вырезаемые» из неё этими сферами, и называется З. Ф.
Волновой процесс в точке Р можно рассматривать как результат сложения колебаний, вызываемых в этой точке каждой З. Ф. в отдельности.
Амплитуда таких колебаний медленно убывает с возрастанием номера зоны (отсчитываемого от точки О), а фазы колебаний, вызываемых в Р смежными зонами, противоположны.

Учет зон Френеля при распространении радиоволн
В радиофизике:
Зона Френеля - это цилиндрический эллипс, проведенный между передатчиком и приемником.
Размер эллипса определяется частотой работы и расстоянием между двумя участками.
Когда радиосигнал проходит между передатчиком и приемником, он может распространяться несколькими путями.
Радиоволна в процессе распространения в пространстве формирует эллипсоид вращения, в фокусах которого находятся передатчик и приемник. Этот эллипсоид вокруг прямой линии (LoS/Line of Sight), и называется Зоной Френеля. Не менее 60% зоны Френеля должно оставаться чистой от каких-либо препятствий, т.к. иначе начинаются существенные потери сигнала в канале.
Generate 3D fresnel zone as Google Earth.
http://www.radiofresnel.com/

савельев

Векторная диаграмма сложения волн

Сложение амплитуд большого числа колебаний
с разными фазами
Каждая синусоида представлена вектором, цепочка которых при суммировании способом ломаной оказывается вписана в окружность, а в непрерывном пределе (к которому здесь необходимо перейти) — представляет собой дугу окружности. Вектор суммы — замыкающий ломаную — есть тогда хорда этой дуги, и его длина рассчитывается из элементарных геометрических соображений.

Дифракция на круглом диске. Пятно Пуассона

Зонная пластинка
Зонная пластинка — плоскопараллельная стеклянная пластинка с выгравированными концентрическими окружностями, радиус которых совпадает с радиусами зон Френеля. Зонная пластинка «выключает» чётные либо нечётные зоны Френеля, чем исключает взаимную интерференцию (погашение) от соседних зон, что приводит к увеличению освещённости точки наблюдения. Таким образом, зонная пластинка действует как собирающая линза

Edge diffraction

Дифракция в дальней зоне
(это уже дифракция не Френеля, а Фраунгофера)

Дифракция Фраунгофера — случай дифракции, при которой дифракционная картина наблюдается на значительном расстоянии от отверстия или преграды.
Дифракционные явления Фраунгофера имеют большое практическое значение, лежат в основе принципа действия многих спектральных приборов, в частности, дифракционных решёток.

Дифракция Френеля и Фраунгофера
Дифракция Фраунгофера – дифракция в параллельных лучах