Diffrazione.


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Se si proietta un fascio di luce monocromatica polarizzata contro un diaframma opaco su cui è praticato un piccolo foro e oltre il diaframma, abbastanza distante dallo stesso, si pone uno schermo bianco, sullo schermo si osserva l'immagine luminosa del foro non coincidente con la sua dimensione, come ci si potrebbe intuitivamente aspettare, ma una immagine di dimensioni maggiori del foro, circondata da anelli di luminosità decrescente e separati da anelli bui.

fig001.gif

Questa è una figura di diffrazione spiegabile solo attribuendo una natura ondulatoria alla luce.

Se, per semplificare l'analisi, si assume che sul diaframma ci sia una sottile fessura rettilinea perpendicolare al piano di polarizzazione, supposto lineare e costante, di un'onda piana, e si assume il principio di Huygens, cioè che
ogni punto della fessura si comporti come una sorgente di onde circolari elementari
che, propagandosi oltre il diaframma con uguale velocità, raggiungono un singolo punto P dello schermo in tempi diversi e quindi sfasate tra di loro, allora se la differenza tra le distanze del punto P dai due punti A e C della fessura, situati uno sul bordo e uno nel centro, è uguale a mezza lunghezza d'onda, in P le onde elementari interferiscono negativamente producendo un zona buia. Il punto P segna quindi la posizione della prima frangia buia e di conseguenza OP è la metà della frangia luminosa centrale.

fig002.gif

Indicando con d la larghezza AB della fessura, per grandi distanze CO, la differenza tra i raggi AP e CP è data dal segmento CH. L'angolo CAH è uguale all'angolo PCO di misura α. Si ha quindi

eqn001.gif

La stessa relazione vale per ogni altra coppia di punti R nel segmento AC e S nel segmento CB tali che AR=CS cioè RS = AC, quindi i raggi RP e SP interferiscono come AP e CP.

P rappresenta la posizione di una frangia luminosa se

eqn002.gif

e la posizione di una frangia scura se

eqn003.gif

Per dedurre l'andamento dell'intensità di illuminazione, si può considerare la fessura AB, di larghezza d, come composta da infinite coppie di fessure R e S, entrambe di larghezza infinitesima dx rispetto a C e simmetriche rispetto a C da cui distano entrambe x.

fig003.gif

Se si indica con Amax l'ampiezza massima che, per simmetria si ottiene nel punto O, il contributo di ogni coppia a tale massimo risulta

Eqn004.gif

e dalla (5.4) si ha

Eqn005.gif

L'ampiezza totale in P si ottiene sommando tutti i contributi dA da 0 a d/2:

Eqn006.gif

e conseguentemente l'intesità risulta

Eqn007.gif

Esempio: andamento dell'intensità per λ=d/3

fig004.gif

 

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