Френеловите зони - са области, в които на повърхността на звукови или светлинни вълни за изчисляване на резултатите от дифракция на звук или светлина.Този метод се прилага за пръв път през 1815 г. O.Frenel.
Background
Augustin-Jean Френел (10.06.1788-14.07.1827) - френски физик.Той посвети живота си на изучаването на свойствата на физическите оптика.Той имаше през 1811 г. под влияние на E. Malus започва да учи физика в самостоятелен вид, скоро стана интересуват от експериментални изследвания в областта на оптиката.През 1814 г. "преоткрита" принципа на смущения, а през 1816 г. добавя добре позната принципа на Хюйгенс, което въведе идеята за съгласуваност и намеса на елементарните вълни.През 1818, въз основа на свършената работа, той развива теорията на дифракция на светлината.Той въвежда практиката на това, дифракцията от ръба, както и кръгла дупка.I провежда експерименти, сега класики, с двойна призма и bizerkalami на светлината смущения.През 1821 г. той се оказа фактът на напречния характер на светлинните вълни, през 1823 г. откри кръгла форма и елипсовидно поляризация.Той е обяснено на базата на вълната понятия хроматичната поляризация, както и завъртане на поляризацията на светлината и двойно пречупване.През 1823 той създава законите на пречупване и отражение на светлината на определена плоска повърхност между двете медии.Заедно с Jung счита за създател на оптика вълна.Той е изобретател на редица смущения устройства, като огледало или Fresnel biprism Fresnel.Той се счита за основател на фундаментално нов начин на фар осветление.
малко теория
Идентифицирайте Френел дифракция може да бъде едновременно с дупка във всякаква форма, и нито една от тях.Но от гледна точка на практическата целесъобразност се вижда най-добре при откриването на кръглата си форма.В този светлинен източник и точката на наблюдение трябва да бъде на една линия, която е перпендикулярна на равнината на екрана и минава през центъра на отвора.В действителност, в зоната на Френел може да се счупят всяка повърхност, чрез които светлинните вълни.Например, повърхностите на равен фаза.Въпреки това, в този случай тя ще бъде по-лесно да пробие дупка в плоско поле.За това ние считаме елементарните оптични проблеми, които ще ни позволят да се определи не само радиуса на първата Френел зона, но също така и последващи действия с произволни числа.
задача на оразмеряване пръстени
За да започнете да си представим какво повърхността на планарна дупки, разположени между източника на светлина (точка C) и наблюдател (точка Н).Е перпендикулярна на линията на HF.CH сегмент минава през центъра на кръглата дупка (точка А).Тъй като нашата цел е оста на симетрия, на Френел зона ще бъде под формата на пръстени.Решението ще се ограничи до определяне на радиуса на кръга, с произволен брой (m).Максималната стойност е наречена радиус на зоната.За решаване на проблема е необходимо да се направи допълнителна конструкция, а именно: да се избере произволна точка (A) в равнината на отвора и да се свържете с права неговите отсечки с точката за наблюдение и източника на светлина.Резултатът е един триъгълник SAN.След това можете да го направите така, че светлинните вълни, идващи към наблюдателя по пътя SAN минават по-дълъг път, отколкото този, който ще излезе на CH на пътя.Това предполага, че пътя разлика CA + AN-CH определя разликата между фазата на вълна, която се състоя на вторични източници (А и D) до точката на наблюдение.От тази стойност зависи от получената намесата на вълните от позицията на наблюдателя, и следователно интензитета на светлината в този момент.
Изчисли първия радиус
Оказва се, че ако разликата в пътя е равен на половината от дължината на вълната на светлината (λ / 2), а след това светлината ще дойде на наблюдателя в опозиция.Може да се заключи, че ако разликата в пътя е по-малко от λ / 2, след това светлината ще пристигнат в същата фаза.Това условие CA + AN-SN≤ λ / 2 е по дефиниция, при условие че точка А е в първия пръстен, това е, това е първият Френел зона.В този случай, на границата на разликата в кръг път е равен на половината от дължината на вълната на светлината.Така че това уравнение за определяне радиуса на първата зона, която ние означаваме с Р1.Ако разликата в пътя, съответстваща на ламбда / 2, ще бъде равна на сегмента ОА.В този случай, ако разстоянието досега надвишава диаметъра на отвора (това обикновено се счита тези опции), от геометрични съображения радиус на първата зона се определя по следната формула: P1 = √ (λ * SB * OH) / (CO + OH).
Изчисление на радиуса на Френел зона
формула за определяне на бъдещите стойности на радиусите на пръстените идентични обсъдени по-горе, само числителя се добавя към номера на желаната зона.В този случай, равенството на разликата в пътя ще бъде: CA + AN-SN≤ m * λ / 2 или CA + AN-CO-ON≤ m * λ / 2.От това следва, че радиусът на желаната област с номер "М", по следната формула: PM = √ (m * ламбда * SB * OH) / (CO + OH) = R1√m
Обобщавайки междинните резултати
може да се отбележи, че разчупванетов района - подразделение на вторичния светлинния източник до източниците, които имат една и съща област, както Pm = π * π * Rm2- PM-12 = π * P12 = P1.Light от съседните зони в обратна фаза, както е пътя разлика съседния пръстен по дефиниция ще е равен на половината от дължината на вълната на светлината.Обобщаване на този резултат, ние заключаваме, че счупването на дупките на кръговете (такива, че светлината от съседните идва на наблюдателя с фазова разлика фиксирано), би означавало да се счупи на ринга в същото поле.Това твърдение се оказа лесно с помощта на задачата.
Френел Zone за плоска вълна
Помислете разбивката квадратни отвори на тънък пръстен с еднаква площ.Тези кръгове са вторичните източници на светлина.Амплитудата на вълната на светлината, които се появиха на всеки пръстен за наблюдателя почти същото.В допълнение, фазовата разлика между прилежащата обхвата на точка H е един и същ.В този случай, комплексните амплитуди в точката в добавяне на наблюдател на един сложен самолет са част от кръга - дъга.Общият амплитудата на една и съща - акорд.А сега да разгледаме как се променя модела на сумиране комплексни амплитуди в случай на промяна на отвора при запазване на останалите параметри на проблема.В този случай, ако дупката се отваря до зрителя само една зона, картината ще бъде представен на допълнение част от обиколката.Амплитудата на последния пръстен се завърта на ъгъл π спрямо централната част, т.е.. К. разликата пътя на първата зона, по дефиниция, равна на ламбда / 2.Този ъгъл π означава, че амплитудата ще бъде половината от кръга.В този случай, сумата на тези стойности в точката на наблюдение е нула - дължина нула акорд.Ако ще отвори три пръстена, картината ще представи полукръг, и така нататък.Амплитудата на наблюдателя за четен брой пръстени е нула.И в случая, когато се използва нечетен брой колела, то ще бъде равна на максималната стойност на дължината и диаметъра на комплекса равнина добавяне амплитуди.Посочените по-горе цели са напълно разкриват метода на Френел зони.
Brief за конкретни случаи
Помислете редки състояния.Понякога задачата за държави, които използват дробна брой Френеловите зони.В този случай, половин пръстен разбере четвърт кръг модел, който ще съответства на половината от площта на първата зона.Подобно изчислява всяка друга относителна стойност.Понякога състоянието показва, че някои фракционна брой позвънявания е затворен, и толкова много отворен.В този случай, общият амплитудата на полето е като вектор разлика между амплитудите на две задачи.Когато всички зони са отворени, тогава няма пречка по пътя на светлинните вълни, картината ще бъде под формата на спирала.Оказва се, защото, когато се отвори голям брой позвънявания, да се помисли за зависимостта на излъчената вторичен източник на светлина до точката на наблюдателя и посоката на вторичния източник.Ние намираме, че светлината от района с голям брой има малка амплитуда.Център намотка е получено в средата на обиколката на първия и втория пръстени.Следователно, амплитудата поле в случая, където всички видими площ е по-малко от половината от първата когато отворен кръг, и интензивността различава от четири пъти.
Френел дифракция на светлината поглед
Нека разгледаме какво се разбира под термина.Френел състояние дифракция се нарича, когато една дупка се отваря през няколко зони.Ако ще се отвори много пръстени, тогава тази опция може да се пренебрегне, че е упражнено в подхода към геометричната оптика.В случая, когато се отваря през отвора за наблюдателя значително по-малко от една зона, това състояние се нарича Fraunhofer дифракция.Той се счита за изпълнено, ако източникът на светлина и точката на наблюдателя е на достатъчно разстояние от дупката.
Сравнете и зона табела лещи
Ако затворите всички четно или цялото дори Френел зона, като в наблюдателя ще светне вълна с голяма амплитуда.Всеки пръстен дава комплексна равнина половината кръга.Така че ако се оставят отворени нечетните зони, след което общата сума ще бъде само половината от спиралата на кръгове, които допринасят за цялостното амплитудата на "отдолу-нагоре".Пречката на пътя на вълната на светлината, в която само един вид отворени пръстени, наречена плоча зона.Интензивността на светлината на наблюдателя надвишават интензитета на светлината в чинията.Това се дължи на факта, че вълната на светлината, на всеки отворен пръстен пропуска зрителя в една и съща фаза.
подобна ситуация се наблюдава и при фокусиране светлина с обектив.Тя, за разлика от плочата, не пръстени са не затварят и се движи светлината във фаза от π * (2 + π * m) от кръговете, които затвориха зона плоча.В резултат на амплитудата на вълната на светлината, се удвоява.Освен това, лещата елиминира т.нар реципрочни фазови измествания, които са в рамките на един пръстен.Тя се разпростира върху сложната самолет половината кръг за всяка зона в отсечка.В резултат на амплитудата се увеличава с пи пъти, а целият комплекс равнина спирала обектива ще се разгърне в права линия.
