Физическая энциклопедия - дифракция волн

(от лат. diffractus разломанный, преломлённый), в первоначальном узком смысле огибание волнами препятствий, в современном более широком любое отклонение при распространении волн от законов геометрической оптики. При таком общем толковании Д. в. переплетается с явлениями распространения и рассеяния волн в неоднородных средах. Благодаря дифракции волны могут попадать в область геом. тени: огибать препятствия, стелиться вдоль поверхностей, проникать через небольшие отверстия в экранах и т. п. Напр., звук может быть услышан за углом дома или радиоволна может проникнуть за горизонт даже без отражения от ионосферы.

Дифракц. явления практически не зависят от природы дифрагирующих полей и в большинстве случаев объясняются в рамках линейного волнового уравнения или вытекающих из него интегр. соотношений. Важнейшим из них явл. Гюйгенса Френеля принцип, согласно к-рому волн. поле в произвольной точке пр-ва складывается из вторичных волн, испускаемых нек-рыми фиктивными источниками на поверхности (строго говоря, замкнутой), отделяющей эту точку от первичной падающей волны.

Поэтому, поставив на пути волн экран с малым отверстием (размеры к-рого D, напр., порядка или меньше длины волны l), получим в отверстии экрана источник, излучающий вторичную сферич. волну, распространяющуюся также и в область тени. Два разнесённых отверстия (или щели) излучают две сферич. волны, к-рые, интерферируя, образуют дифракц.

картину с чередующимися максимумами и минимумами излучения. Периодич. набор щелей (или, соответственно, рисок, нанесённых на прозрачную подложку) даёт дифракционную решётку. Когда такие системы применяются в кач-ве излучателей, они наз. дифракц. антеннами. Структура дифракц. поля существенно зависит от расстояния L между излучателем и точкой наблюдения.

Различают Френеля дифракцию при L =D2/l и Фраунгофера дифракцию при L->D2/l,. Здесь D характерный размер всего излучателя (диаметр отверстия, радиус кривизны края препятствия, длина решётки и т. п.). В первом случае вторичные волны от наиболее разнесённых участков излучателя могут приходить в нек-рые точки наблюдения с противоположными фазами, что приводит к образованию т.

н. зон Френеля; во втором случае они приходят в одинаковых фазах, и результирующее поле представляет собой сферически сходящуюся волну с локально плоской структурой. Эффективность излучения вторичных волн заметно падает с уменьшением отношения D/l (в дипольном приближении =(D/l)4), поэтому наиб. отчётливо дифракция начинает проявляться лишь при D = l.

Напр., Д. в. на воде (l = 1 м) или звука в воздухе (l=1 см) может наблюдаться практически всегда, дифракция света (l=10-4-10-5 см) требует выполнения особых условий (игольчатое отверстие, острый край бритвы и т. п.), а для дифракции рентгеновских лучей (l»10-7 -10-9 см) приходится использовать крист. решётки. Явления дифракции имеют место и в микромире (см.

ДИФРАКЦИЯ МИКРОЧАСТИЦ), поскольку объектам квант. механики свойственно волн. поведение. .