Введение к работе
Актуальность темы обусловлена следующими обстоятельствами. Несмотря на начало исследований дифракции света еще в XVII веке представления о ее природе в связи со сложностью проблемы остаются во многом незавершенными, имеющиеся решения задач дифракции получены на основе идеальных условий и поэтому не всегда соответствуют эксперименту. Исследования же преломления скользящего света находятся в начальном состоянии, а преломление световых лучей, уходящих от преломляющей поверхности, представляет собой новый эффект. Выяснение причин и особенностей данных явлений, существующих за порогом классических представлений о преломлении света, должно привести к более глубокому пониманию процессов взаимодействия света с веществом.
Состояние вопроса. К настоящему времени в теории дифракции света ;уществуют два направлення в объяснении ее сущности. Согласно первому яаправлению, развитому в основном в работах Френеля, Кирхгофа, дифракция зызвана действием всей открытой части волнового фронта. Используемые в яем интегралы Френеля, приблизительно верно характеризуя положение и інтенсивносте полос в дифракционной картине от экрана в идеальных условиях, оказываются непригодными в ряде практических случаев, например, іри меняющейся интенсивности падающего света по ширине волнового рронта, толстых экранах, дают неточное представление об интенсивности голос малых порядков в дифракционной картине от щели.
На основании другого подхода, впервые предложенного Юнгом, щфракция является результатом интерференции краевого и падающего света, ідея Юнга была развита в работах Зоммерфельда, Рабиновича, Фока, ^алюженца и других исследователей. Существование краевой волны было гзвестно еще Юнгу и доказано экспериментально в работах Георга Ги, Вина,
Мея, Калашникова, Banerji. Однако не существует единого мнения о месте и причине ее образования. Согласно Юнгу, Малюженцу краевая волна образуется вследствие диффузии амплитуды по фронту падающей волны, Исходя же из решения Зоммерфельда и работ других исследователей ее источником является край экрана.
Развитие дифракционных представлений по двум направлениям с различными основами является явным признаком их незавершенности. Б существующих теориях отсутствует ясность относительно характера влияния на дифракцию толщины, формы, поглощающей способности экранов.
В 1960 г., в процессе выяснения причины появления "побочной" волнь: при полном внутреннем отражении, Aclogue н Guillemet по существу открыл* преломление скользящего света. Несколько позже, независимо от работ данных авторов, преломление скользящих лучей было обнаружено автором диссертации. Исследование его причин и особенностей привело к открытик преломления под предельным углом света, уходящего от преломляющее поверхности.
Целью диссертационной работы является выяснение действительно! причины дифракции света посредством детального исследования причиї возникновения краевой волны, оценки ее роли в дифракционных явлениях установления сущности и характера влияния на краевую волну і дифракционные картины толщины, формы, поглощающей способносп экранов, а также исследование причин преломления скользящего света и света уходящего от преломляющей поверхности.
Научная новизна работы состоит в том, что впервые:
-
Установлено существование над поверхностью тел и границей раздел оптически однородных сред зон, отклоняющих световые лучи по обе стороні первоначального направления.
-
Экспериментально доказано, что краевой свет от экрана состоит и основной компоненты, образованной лучами падающего света, отклоненным
в зоне отклонения, и компоненты отраженных от края экрана лучей.
-
Установлен действительный закон изменения интенсивности краевого света от экрана с прямолинейным краем в зависимости от угла отклонения краевых лучей.
-
Обнаружено явление перераспределения световой энергии из компоненты краевого света, распространяющейся на освещенной стороне, в краевую компоненту, распространяющуюся в область тени, при нанесении на экран поглощающих покрытий.
-
Установлены приближенные значения и направления начального сдвига фаз основной и отраженной краевых компонент относительно фазы падающего света.
-
Экспериментально доказано, что свет в области тени экрана является краевым, а разность амплитуд света в полосах дифракционной картины от экрана и падающего света равна соответствующим значениям амплитуды краевого света.
-
На основе интерференции краевых и падающих лучей получены простые выражения, характеризующие в хорошем соответствии с опытом интенсивность света в дифракционных картинах от тонкого слабопоглоща-ющего экрана и щели, ее изменение на оси пучка, ограниченного щелью переменной ширины.
-
Обнаружено влияние на краевой свет и дифракционные картины толщины, формы, поглощающей способности экранов,
-
Выяснены причины и характерные особенности преломления скользящего света.
10. Обнаружено явление преломления под предельным углом преломле
ния световых лучей, уходящих от преломляющей поверхности под углами
приблизительно до 14.
Научное и практическое значение результатов работы заключается в получении подробных сведений о причинах образования краевого света, его характерных особенностях, способах изменения интенсивности и фазы; в
экспериментальном обосновании представлений Юнга о природе дифракционных явлений, выводе на их основе простых выражений, характеризующих дифракцию света на экране, щели, а также в установлении причин и особенностей преломления скользящего и уходящего от преломляющей поверхности света.
Достоверность результатов работы обеспечивается большим объемом и разнообразием экспериментальных исследований; многократностью повторения измерений; качественным соответствием расчета эксперименту.
Апробация результатов. Основные результаты, полученные в диссертации, представлены в опубликованных работах [1-23]. Докладывались на III, IV, VHI Всесоюзных симпозиумах по распространению лазерного излучения в атмосфере (Томск. 1975, 1977, 1986), на III Всесоюзном совещании по атмосферной оптике и актинометрии (Томск. 1983), а также на научных семинарах Института оптики атмосферы РАН (Томск).
Использование результатов работы. Приведенные в диссертации результаты могут быть использованы для создания слабодифрагирующих экранов, малогабаритных спектральных приборов, систем чувствительных к изменению положения источника света; определения показателей преломления и дисперсии сильнопоглощающих сред; обнаружения переходных слоев, оценки их толщины, изменения во времени; при исследовании сдвига фаз отражающими покрытиями из различных материалов; для ослабления роли дифракции в формировании изображений предметов.
Основные защищаемые положения:
1. Над поверхностью непрозрачных тел в воздухе, а также по обе стороны границы раздела оптически однородных сред, существуют зоны отклонения световых лучей с наибольшей установленной глубиной около 70 мкм для видимого света.
Эффективность отклонения света в зоне падает в направлении от экрана, когда экран гонкий, и вдоль нее от ребер при толстом экране.
Зоны отклонения в оптически менее и более плотных средах отклоняют одни и те же лучи в противоположных направлениях относительно границы раздела сред.
2. Краевой свет от экрана состоит из отклоненных в зоне отклонения на
жран и от него лучей, образующих основную компоненту, и лучей, отражен-
шх от его края, отчасти также после их предварительного отклонения в зоне.
Амплитуда краевого света от тонкого экрана с прямолинейным краем )братно пропорциональна тангенсу угла дифракции при углах > 0,04 - 0,07 .
Световой поток в области тени экрана является краевым потоком.
При нанесении на гонкий экран поглощающих покрытий и увеличении ривизны его края световая энергия перераспределяется из компоненты крае-іого света, распространяющейся от экрана, в краевую компоненту, распростра-[яющуюся в область тени, уменьшается сдвиг фаз компонент относительно шы падающего света, сумма потоков обеих компонент остается неизменной.
3. Фазы краевых лучей, отклоняемых от экрана и в область тени
спытывают сдвиг на 0,5 тс, соответственно по направлению их распростране-
ия и против него, относительно фазы падающего света.
Возникающий между фазами основной и отраженной компонент краевого вета сдвиг сопровождается их усилением на освещенной стороне и слаблением в области тени.
4. Распространяющиеся в воздухе и оптически менее плотных
инородных средах, в слое толщиной 7-9 мкм, скользящие лучи света и лучи,
гадящие от преломляющей поверхности под углами до 14, частично
реломляются в более плотную среду, распространяясь в ней под предельным
глом преломления и иными углами в виде преломленного краевого света.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти гав, заключения, списка литературы. Она изложена на 143 листах, включая I рисунка, 36 таблиц и библиографию, состоящую из 68 наименований.
