Дифракция света

Звук без усилий обходит угол дома, а свет от фонаря рисует резкую тень — различие в масштабах: длина звуковой волны — сантиметры и метры, световой — полмикрона. Дифракция света — явления, где волна отклоняется от хода лучей: огибает препятствия, заходит в геометрическую тень, размазывает изображение точки в кольца и полосы. Объяснение даёт принцип Гюйгенса–Френеля: каждая точка фронта в отверстии или у кромки — вторичный источник, и свет за препятствием — их интерференция. Картина определяется соотношением размера препятствия $a$ с радиусом первой зоны Френеля $\sqrt{\lambda L}$: много больше — тень резкая и лучи работают, сравнимо — на экране расцветают полосы. Различают дифракцию Френеля в расходящихся лучах и дифракцию Фраунгофера в параллельных — её собирает линза в фокальной плоскости, разбор — в уроке дифракция Фраунгофера.

Числа делают явление осязаемым. Одиночная щель шириной $a=0,1$ мм при $\lambda =500$ нм даёт первый минимум под углом $\sin {\phi }_1=\lambda /a=5\cdot 10^{-3}$ — около $0,29^{\circ }$: на экране в двух метрах центральное светлое пятно расползается в полосу шириной $2L\lambda /a=2$ см, в двести раз шире самой щели. Дифракционная решётка со 100 штрихами на миллиметр ($d=10$ мкм) уводит первый порядок на $\sin \phi =\lambda /d=0,05$, то есть на 10 см от центра, а главные максимумы в сотни раз ярче побочных. Там же — предел разрешения: прибор с диаметром объектива $D$ не различает углы меньше $1,22\lambda /D$; для зрачка $D=2$ мм это $3\cdot 10^{-4}$ рад, около одной угловой минуты — предел зрения диктует волновая природа света, а не строение глаза. Способность решётки разлагать свет в спектр и считать длины волн — в термине дифракционная решётка.