Дифракция волн происходит при их встрече с преградой любой формы и любых размеров. Наиболее наглядно волновые свойства света обнаруживаются в явлениях интерференции и дифракции. Свету присущи все свойства электромагнитных волн: отражение, преломление, интерференция, дифракция, поляризация. К таким типично волновым явлениям относится, например, вращение плоскости поляризации световой волны в оптически активной среде, которое дифракцией не является.

В ряде случаев, в особенности при изготовлении оптических систем, разрешающая способность ограничивается не дифракцией, а аберрациями, как правило, возрастающими при увеличении диаметра объектива. В последнем случае распространение волн с высокой степенью точности описывается законами геометрической оптики.

Поляризация волн.

При этом волна также может огибать препятствие. Вместе с тем, во многих случаях дифракция может быть и не связана с огибанием препятствия (но всегда обусловлена его наличием).

Таким образом, и в данном случае можно говорить об «огибании» световой волной препятствия. Однако, это явление также не относится к дифракции. В качестве примера рассмотрим дифракционную картину, возникающую при прохождении света через щель в непрозрачном экране. Мы найдём интенсивность света в зависимости от угла в этом случае.

Интерференция волн.

Тогда может предполагаться, что дифракция производит волну ψ, которая расходится радиально. Одним из наглядных примеров дифракции света на ультразвуке является дифракция света на ультразвуке в жидкости. Дифракция от трехмерной периодической структуры, такой как атомы в кристалле называется дифракцией Брегга.

Дифракцию можно наблюдать в фотографии: чрезмерное закрытие диафрагмы (относительного отверстия) приводит к падению резкости. Боровиков В. А., Кинбер Б. Е. Геометрическая теория дифракции. Подобное явление можно обнаружить в опытах со звуковыми волнами. Явление интерференции волн не противоречит принципу суперпозиции. Интерференционные максимумы наблюдаются в точках пространства, в которые волны приходят с одинаковой фазой колебаний.

При интерференции волн энергия колебаний перераспределяется в пространстве, но при этом закон сохранения энергии строго выполняется. Передвигая за экраном микрофон, можно обнаружить, что звуковые волны регистрируются и за краем экрана.

Опыт 2. Поляризация света при прохождении через узкий зазор

При достаточно больших расстояниях между источником волн, преградой и местом наблюдения волн, дифракционные явления могут иметь место и при больших размерах отверстия или преграды. Качественное объяснение явления дифракции можно дать на основе принципа Гюйгенса.

Опыт показывает, что волны проходят через отверстие и распространяются по первоначальному направлению луча. В остальных направлениях волны от отверстия не распространяются.

Однако поперечные волны обладают одним свойством, которым не обладают продольные волны, — свойством поляризации. Поляризованной волной называется такая поперечная волна, в которой колебания всех частиц происходят в одной плоскости. Плоскополяризованная волна в резиновом шнуре получается при колебаниях конца шнура в одной плоскости. Если же конец шнура колеблется в различных направлениях, то волна, распространяющаяся вдоль шнура, не поляризована.

Интерференция и закон сохранения энергии.

Устройство, позволяющее определить плоскость поляризации волны (вторая щель), называется анализатором. При одинаковой ориентации кристаллов свет проходит через второй кристалл без ослабления. Происходит явление поляризации, т. е. кристалл пропускает только такие волны, в которых колебания вектора напряженности электрического поля совершаются в одной плоскости — плоскости поляризации. Дифракция света– это отклонение световых лучей от прямолинейного распространения при прохождении сквозь узкие щели, малые отверстия или при огибании малых препятствий.

Дифракция на светлината. Плоскость, содержащую вектор \(~\vec E\) и вектор направления распространения волны, принято называть плоскостью поляризации, а такой свет — линейно поляризованным или плоскополяризованным.

Дифракция неразрывно связана с явлением интерференции. При этом следует заметить, что некоторые волновые явления не описываются законами геометрической оптики и, в то же время, не относятся к дифракции. Обычно при больших по сравнению с длиной волны размерах препятствия или отверстия в преграде дифракция волн мало заметна. Брегговская дифракция является следствием интерференции между волнами, отражёнными от кристаллических плоскостей.