Rau qhov tshwm sim tseem ceeb piav qhia txog tus cwj pwm ntawm lub teeb nthwv dej yog tias nws ntsib teeb meem hauv nws txoj kev. Cov phenomena muaj xws li reflection, refraction, polarization, dispersion, cuam tshuam thiab diffraction ntawm lub teeb. Kab lus no yuav tsom mus rau qhov kawg ntawm lawv.
Kev tsis sib haum xeeb txog lub teeb thiab kev sim ntawm Thomas Young
Nyob rau hauv nruab nrab ntawm lub xyoo pua 17th, muaj ob txoj kev xav ntawm kev sib npaug ntawm cov xwm txheej ntawm lub teeb rays. Tus tsim ntawm ib tug ntawm lawv yog Isaac Newton, uas ntseeg hais tias lub teeb yog ib qho kev sau ntawm cov khoom txav ceev ceev. Qhov thib ob txoj kev xav tau muab tso rau pem hauv ntej los ntawm Dutch kws tshawb fawb Christian Huygens. Nws ntseeg hais tias lub teeb yog ib hom tshwj xeeb ntawm nthwv dej uas nthuav tawm los ntawm qhov nruab nrab hauv tib txoj kev uas suab mus los ntawm huab cua. Qhov nruab nrab rau lub teeb, raws li Huygens, yog ether.
Txij li tsis muaj leej twg pom ether, thiab Newton txoj cai loj heev thaum lub sijhawm ntawd, Huygens txoj kev xav tau raug tsis lees paub. Txawm li cas los xij, xyoo 1801, tus txiv neej Askiv Thomas Young tau ua qhov kev sim hauv qab no: nws dhau lub teeb monochromatic los ntawm ob txoj hlua nqaim nyob ze rau ib leeg. HlaNws tso lub teeb rau ntawm phab ntsa.
Qhov kev paub no tshwm sim li cas? Yog hais tias lub teeb yog cov khoom (corpuscles), raws li Newton ntseeg, ces daim duab ntawm phab ntsa yuav sib haum mus rau tshem tawm ob lub ci ntsa iab los ntawm txhua qhov slits. Txawm li cas los xij, Jung pom ib daim duab sib txawv kiag li. Cov kab txaij tsaus nti thiab teeb pom kev tshwm sim ntawm phab ntsa, nrog cov kab teeb pom kev zoo txawm tias sab nraud ntawm ob qhov slits. Ib tug schematic sawv cev ntawm lub teeb qauv piav qhia nyob rau hauv daim duab hauv qab no.
Daim duab no hais ib yam: lub teeb yog nthwv dej.
Diffraction phenomenon
Lub teeb qauv hauv Young qhov kev sim yog txuas nrog qhov tshwm sim ntawm kev cuam tshuam thiab qhov sib txawv ntawm lub teeb. Ob qho xwm txheej nyuaj rau kev sib cais ntawm ib leeg, txij li hauv ntau qhov kev sim lawv cov txiaj ntsig sib xyaw tuaj yeem pom.
Diffraction ntawm lub teeb muaj nyob rau hauv kev hloov lub nthwv dej pem hauv ntej thaum nws ntsib ib qho teeb meem nyob rau hauv nws txoj kev, qhov ntev ntawm uas yog piv rau los yog tsawg dua lub wavelength. Los ntawm cov ntsiab lus no nws pom tseeb tias qhov sib txawv yog yam ntxwv tsis yog rau lub teeb xwb, tab sis kuj rau lwm yam nthwv dej, xws li suab nthwv dej lossis nthwv dej ntawm lub hiav txwv.
Nws kuj tseem paub meej tias vim li cas qhov tshwm sim no tsis tuaj yeem pom nyob rau hauv qhov xwm txheej (qhov wavelength ntawm lub teeb yog ob peb puas nanometers, yog li txhua yam khoom macroscopic pov cov duab ntxoov ntxoo meej).
Huygens-Fresnel txoj cai
Qhov tshwm sim ntawm lub teeb diffraction tau piav qhia los ntawm lub ntsiab lus muaj npe. Nws essence yog raws li nram no: ib tug propagating rectilinear calub yoj pem hauv ntej ua rau excitation ntawm theem nrab nthwv dej. Cov nthwv dej no yog spherical, tab sis yog tias qhov nruab nrab yog homogeneous, ces, superimposed ntawm ib leeg, lawv yuav ua rau lub hauv ntej tiaj tus.
Thaum muaj kev cuam tshuam tshwm sim (piv txwv li, ob qhov khoob hauv Jung qhov kev sim), nws dhau los ua ib qho ntawm cov nthwv dej thib ob. Txij li cov naj npawb ntawm cov peev txheej no raug txwv thiab txiav txim siab los ntawm cov yam ntxwv geometric ntawm qhov teeb meem (nyob rau hauv rooj plaub ntawm ob qhov nyias nyias, tsuas muaj ob qhov chaw thib ob), qhov tshwm sim nthwv dej yuav tsis ua rau lub hauv ntej tiaj tus. Lub tom kawg yuav hloov nws cov geometry (piv txwv li, nws yuav tau txais ib lub voj voog), ntxiv rau, maxima thiab minima ntawm lub teeb siv yuav tshwm sim hauv nws qhov sib txawv.
Lub hauv paus ntsiab lus Huygens-Fresnel qhia tau tias qhov tshwm sim ntawm kev cuam tshuam thiab qhov sib txawv ntawm lub teeb yog qhov sib cais tsis tau.
Cov xwm txheej twg yuav tsum tau ua kom pom qhov sib txawv?
Ib qho ntawm lawv tau hais los saum toj no: nws yog qhov muaj qhov me me (ntawm qhov kev txiav txim ntawm lub wavelength) obstacles. Yog hais tias qhov teeb meem yog qhov loj geometric qhov ntev, ces tus qauv diffraction yuav raug pom tsuas yog nyob ze nws cov npoo.
Qhov thib ob tseem ceeb rau kev sib txawv ntawm lub teeb yog qhov sib txuam ntawm nthwv dej los ntawm ntau qhov chaw. Qhov no txhais tau hais tias lawv yuav tsum muaj qhov sib txawv ntawm theem tsis tu ncua. Tsuas yog nyob rau hauv rooj plaub no, vim muaj kev cuam tshuam, nws yuav ua tau los soj ntsuam daim duab ruaj khov.
Kev sib koom ua ke ntawm cov peev txheej tau ua tiav hauv txoj hauv kev yooj yim, nws txaus kom dhau lub teeb pem hauv ntej los ntawm ib qho los ntawm ib lossis ntau qhov teeb meem. Lwm qhov chaw los ntawm cov noobstacles twb ua raws li coherent.
Nco ntsoov tias txhawm rau saib xyuas qhov cuam tshuam thiab cuam tshuam ntawm lub teeb, nws tsis yog qhov tsim nyog uas lub hauv paus tseem ceeb yog monochromatic. Qhov no yuav tau tham hauv qab no thaum xav txog qhov sib txawv grating.
Fresnel thiab Fraunhofer diffraction
Hauv cov ntsiab lus yooj yim, Fresnel diffraction yog qhov kev ntsuam xyuas ntawm tus qauv ntawm lub vijtsam uas nyob ze rau ntawm qhov txiav. Fraunhofer diffraction, ntawm qhov tod tes, txiav txim siab tus qauv uas tau txais ntawm qhov deb ntau dua li qhov dav ntawm qhov hlais, ntxiv rau, nws xav tias qhov xwm txheej wavefront ntawm qhov slit yog tiaj.
Ob hom diffraction no txawv vim cov qauv hauv lawv txawv. Qhov no yog vim lub complexity ntawm lub phenomenon nyob rau hauv xav txog. Qhov tseeb yog tias txhawm rau kom tau txais kev daws teeb meem ntawm qhov teeb meem diffraction, nws yog qhov yuav tsum tau siv Maxwell txoj kev xav ntawm electromagnetic tsis. Lub hauv paus ntsiab lus Huygens-Fresnel, tau hais ua ntej, yog qhov kwv yees zoo rau kev tau txais txiaj ntsig siv tau.
Daim duab hauv qab no qhia tau hais tias cov duab hauv cov qauv diffraction hloov pauv li cas thaum lub vijtsam txav deb ntawm qhov txiav.
Nyob rau hauv daim duab, tus xub liab qhia tau hais tias qhov kev taw qhia ntawm lub vijtsam mus rau qhov slit, uas yog, daim duab sab saud sib raug rau Fraunhofer diffraction thiab qis dua rau Fresnel. Raws li koj tuaj yeem pom, thaum lub vijtsam nce mus txog qhov txiav, daim duab yuav nyuaj dua.
Ntxiv rau hauv kab lus peb yuav txiav txim siab tsuas yog Fraunhofer diffraction.
Diffraction los ntawm ib tug nyias slit (formulas)
Raws li tau sau tseg saum toj no,tus qauv diffraction nyob ntawm qhov geometry ntawm qhov teeb meem. Nyob rau hauv cov ntaub ntawv ntawm ib tug nyias slit ntawm dav a, uas yog illuminated nrog monochromatic lub teeb ntawm wavelength λ, txoj hauj lwm ntawm minima (duab ntxoov ntxoo) yuav raug soj ntsuam rau cov ces kaum sib npaug zos
sin(θ)=m × λ/a, qhov twg m=± 1, 2, 3…
Lub kaum sab xis ntawm no yog ntsuas los ntawm qhov txuas txuas txuas ntawm qhov nruab nrab ntawm qhov thiab qhov screen. Ua tsaug rau cov qauv no, nws muaj peev xwm suav tau ntawm cov ces kaum qhov ua tiav ntawm cov nthwv dej ntawm qhov screen yuav tshwm sim. Ntxiv mus, nws muaj peev xwm xam qhov kev txiav txim ntawm diffraction, uas yog, tus naj npawb m.
Vim peb tab tom tham txog Fraunhofer diffraction, ces L>>a, qhov L yog qhov kev ncua deb ntawm lub vijtsam los ntawm qhov hlais. Qhov kev tsis sib xws zaum kawg tso cai rau koj los hloov lub sine ntawm lub kaum sab xis nrog qhov sib piv yooj yim ntawm y kev sib koom ua ke rau L, uas ua rau cov qauv hauv qab no:
ym=m×λ×L/a.
Ntawm no ym yog txoj haujlwm ua haujlwm ntawm qhov tsawg kawg nkaus ntawm kev txiav txim m ntawm qhov screen.
Slit diffraction (kev tshuaj xyuas)
Cov qauv muab hauv kab lus dhau los tso cai rau peb txheeb xyuas cov kev hloov pauv hauv cov qauv diffraction nrog kev hloov pauv ntawm lub wavelength λ lossis qhov dav dav a. Yog li, qhov nce ntawm tus nqi ntawm ib qho yuav ua rau txo qis hauv kev sib koom ua ke ntawm thawj qhov kev txiav txim yam tsawg kawg nkaus y1, uas yog, lub teeb yuav tau concentrated hauv qhov nqaim siab tshaj plaws. Ib qho kev txo qis hauv qhov dav ntawm qhov slit yuav ua rau kev ncab ntawm qhov nruab nrab siab tshaj plaws, piv txwv li, nws dhau los ua qhov muag plooj. Qhov xwm txheej no tau piav qhia hauv daim duab hauv qab no.
Hloov lub wavelength muaj qhov cuam tshuam. Cov nqi loj ntawm λua rau qhov tsis pom ntawm daim duab. Qhov no txhais tau hais tias ntev nthwv dej sib txawv zoo dua li luv luv. Qhov kawg yog qhov tseem ceeb hauv kev txiav txim siab qhov kev daws teeb meem ntawm cov cuab yeej kho qhov muag.
Diffraction thiab daws teeb meem ntawm cov cuab yeej kho qhov muag
Kev soj ntsuam ntawm qhov sib txawv ntawm lub teeb yog qhov txwv ntawm qhov kev daws teeb meem ntawm cov cuab yeej kho qhov muag, xws li lub tsom iav, tsom iav, thiab txawm tias tib neeg lub qhov muag. Thaum nws los txog rau cov cuab yeej no, lawv xav txog qhov sib txawv tsis yog los ntawm txoj hlua, tab sis los ntawm lub qhov puag ncig. Txawm li cas los xij, tag nrho cov lus xaus ua ntej tseem muaj tseeb.
Piv txwv li, peb yuav xav txog ob lub hnub qub ci ntsa iab uas nyob deb ntawm peb lub ntiaj teb. Lub qhov uas lub teeb nkag rau hauv peb lub qhov muag yog hu ua tus menyuam kawm ntawv. Los ntawm ob lub hnub qub ntawm lub retina, ob txoj kev sib txawv yog tsim, txhua qhov muaj qhov siab tshaj plaws. Yog tias lub teeb los ntawm cov hnub qub poob rau hauv cov tub ntxhais kawm ntawm lub kaum ntse ntse, ces ob qho tib si maxima yuav sib koom ua ke. Hauv qhov no, tus neeg yuav pom ib lub hnub qub.
Qhov kev daws teeb meem tau teeb tsa los ntawm Tswv J. W. Rayleigh, yog li tam sim no nws muaj nws lub xeem. Cov qauv lej sib raug zoo li no:
sin(θc)=1, 22 ×λ/D.
Ntawm no D yog txoj kab uas hla ntawm lub qhov puag ncig (lens, menyuam kawm ntawv, thiab lwm yam).
Yog li, qhov kev daws teeb meem tuaj yeem nce ntxiv (qis θ c) los ntawm kev nce lub lens txoj kab uas hla lossis txo qhov ntevnthwv dej. Thawj qhov sib txawv yog siv rau hauv telescopes uas ua rau kom txo tau θ clos ntawm ob peb zaug piv rau tib neeg lub qhov muag. Qhov kev xaiv thib ob, uas yog, txo λ, pom daim ntawv thov hauv electron microscopes, uas muaj 100,000 lub sij hawm daws teeb meem zoo dua li cov cuab yeej teeb zoo sib xws.
Diffraction grating
Nws yog ib phau ntawm nyias qhov chaw nyob ntawm qhov deb d ntawm ib leeg. Yog hais tias lub yoj pem hauv ntej yog tiaj tus thiab ntog mus rau qhov sib npaug ntawm qhov grating, ces txoj hauj lwm ntawm lub maxima ntawm lub vijtsam tau piav qhia los ntawm kev qhia
sin(θ)=m×λ/d, where m=0, ± 1, 2, 3…
Cov mis qhia tau hais tias xoom-txiav siab tshaj plaws tshwm sim hauv qhov chaw, tus so yog nyob ntawm qee lub ces kaum θ.
Vim cov mis muaj qhov kev vam khom ntawm θ ntawm lub wavelength λ, qhov no txhais tau hais tias cov diffraction grating tuaj yeem decompose lub teeb rau hauv cov xim zoo li lub prism. Qhov tseeb no yog siv nyob rau hauv spectroscopy los soj ntsuam cov spectra ntawm ntau yam luminous khoom.
Tej zaum qhov piv txwv nto moo tshaj plaws ntawm lub teeb diffraction yog kev soj ntsuam cov xim ntxoov ntxoo ntawm DVD. Cov grooves ntawm nws yog diffraction grating, uas, los ntawm reflecting lub teeb, decomposes nws mus rau hauv ib tug series ntawm cov xim.
