Beugung

Das subtile Muster der hellen und dunklen Fransen im geometrischen Schatten, wenn das Licht ein Hindernis übersteigt, das zuerst vom Jesuitenmathematiker Francesco Grimaldi im 17. Jahrhundert beobachtet wurde, ist ein Beispiel für das Wellenphänomen der Beugung. Die Beugung ist ein Produkt der Überlagerung von Wellen – es ist eine Interferenzwirkung. Immer wenn eine Welle behindert wird, stören jene Teile der Welle, die nicht von der Obstruktion betroffen sind, im Bereich des Raumes über die Obstruktion hinaus. Die Mathematik der Beugung ist beträchtlich kompliziert, und eine detaillierte, systematische Theorie wurde bis 1818 nicht von dem französischen Physiker ausgearbeitet

Augustin-Jean Fresnel .

Der niederländische Wissenschaftler Christiaan Huygens stellte zunächst das Grundprinzip für das Verständnis der Beugung fest: Jeder Punkt auf einer Wellenfrontkann als eine sekundäre Quelle von sphärischen Wavelets betrachtet werden. Die Form der vorrückenden Wellenfront wird durch die Hüllkurve der überlappenden sphärischen Wavelets bestimmt. Wenn die Welle ungehindert ist, wird Huygens Prinzip nicht für die Bestimmung ihrer Evolution benötigt – die Regeln der geometrischen Optik genügen . (Beachten Sie jedoch, dass die Lichtstrahlen der geometrischen Optik immer senkrecht zur fortschreitenden Wellenfront sind, in diesem Sinne wird der Fortschritt eines Lichtstrahls letztlich immer durch das Prinzip von Huygens bestimmt.) Das Prinzip von Huygens wird notwendig, wenn eine Welle ein Hindernis oder ein Blende in einer ansonsten undurchsichtigen Oberfläche. So Fresnel integrierte das Prinzip von Young in die Konstruktion von Huygens und berechnete die detaillierten Intensitätsmuster, die durch interferierende sekundäre Wavelets erzeugt wurden. Für einen Betrachtungsschirm ergibt ein Abstand Lvon einem Schlitz der Breite a , Licht der Wellenlänge λ ein zentrales Intensitätsmaximum, das etwa λ L / a in der Breite ist. Dieses Ergebnis hebt das wichtigste qualitative Merkmal der Beugung hervor: Der Effekt ist normalerweise nur dann offensichtlich, wenn die Größen von Hindernissen oder Blenden in der Größenordnung der Wellenlänge der Welle liegen. Zum Beispiel haben akustische Schallwellen Wellenlängen von etwa einem Meter, die sich leicht um alltägliche Gegenstände beugen. Aus diesem Grund ist der Klang um Ecken zu hören. Andererseits, Sichtbares Licht hat Wellenlängen eines Bruchteils eines Mikrometers , und es ist daher nicht merklich um große Gegenstände gebogen. Nur die sorgfältigsten Messungen von Young, Fresnel und ihren frühen 19. Jahrhunderten zeigten die Details der Beugung des sichtbaren Lichts.


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