Дифракция света

Если на пути волны возникает препятствие, то происходит дифракция.

Это отклонение не сводится к отражению или преломлению, а также искривлению хода лучей вследствие изменения показателя преломления среды. Дифракция состоит в том, что волна огибает край препятствия и заходит в область геометрической тени.

Пусть, например, плоская волна падает на экран с достаточно узкой щелью (рис. 1). На выходе из щели мы увидим расходящуюся волну! Прямолинейный ход волны нарушается, и волновой процесс достигает тех точек, где должна была бы находиться тень от экрана.

Рис. 1. Дифракция на щели

Расходимость волны в результате дифракции на щели будет тем больше, чем больше отношение λ/a, где λ — длина волны, a — ширина щели. Поэтому дифракционные явления выражены тем отчётливей, чем мельче препятствие. Наиболее существенна дифракция в тех случаях, когда размер препятствия меньше или порядка длины волны.

Дифракция, как и интерференция, свойственна всем видам волн — механическим и электромагнитным. На опыте наблюдается дифракция света. Именно способность света к интерференции и дифракции послужила в своё время доказательством волновой природы света и дала начало волновой оптике.

Правда, наблюдение дифракционных явлений в оптике затруднено ввиду малости длины световой волны. Так, при λ = 500 нм и размере щели a = 0,5 мм имеем: λ/a = 0,001. Такова примерно величина угла (в радианах), характеризующая расхождение пучка после дифракции. Поэтому, чтобы зафиксировать отклонение световых лучей от прямолинейного распространения, экран должен находиться достаточно далеко (на расстоянии нескольких метров, а то и нескольких десятков метров).

Что же мы увидим на экране? Вот пример: на рис. 2 изображена дифракционная картина, полученная в результате прохождения лазерного луча сквозь отверстие диаметром 0,2 мм.

Рис. 2. Дифракция лазерного луча на отверстии

Напоминает интерференцию, не правда ли? Это она и есть; чередующиеся светлые и тёмные кольца являются интерференционными максимумами и минимумами. Какие же волны тут интерферируют?

«Чистый» принцип Гюйгенса ничего не говорит об интерференции и уж тем более не объясняет её. Соответственно, на основании принципа Гюйгенса нельзя понять и дифракцию. Необходимое усиление этого принципа было сделано Френелем.