Beugungseffekte

Poissons Fleck

Fresnel stellte einen Großteil seiner Arbeit zur Beugung als Einstieg in einen Wettbewerb zu diesem Thema vor, der von der französischen Akademie der Wissenschaften gesponsert wurde . Das Komitee der Richter umfasste eine Reihe von prominenten Befürworter von Newtons korpuskulärem Modell des Lichts, von denen einer,Siméon-Denis Poissonwies darauf hin, dass das Modell von Fresnel ein scheinbar absurdes Ergebnis voraussagte: Wenn ein paralleler Lichtstrahl auf ein kleines sphärisches Hindernis fällt, wird es einen hellen Fleck in der Mitte des kreisförmigen Schattens geben – ein Punkt, der fast so hell ist wie wenn Das Hindernis war überhaupt nicht da. Ein Experiment wurde später von dem Französisch Physiker durchgeführt François Arago , und Poisson-Spot gesehen wurde, vindicating Fresnel.

Kreisförmige Öffnungen und Bildauflösung

Kreisförmige Öffnungen erzeugen auch Beugungsmuster. Wenn ein paralleler Lichtstrahl durch eine konvergierende Linse hindurchgeht, sagen die Regeln der geometrischen Optik, dass das Licht zu einem festen Fokus hinter der Linse kommt und ein Punktbild bildet. In Wirklichkeit wird das Muster in der Bildebene der Linse durch Beugungseffekte kompliziert. Die Linse, wie eine kreisförmige Öffnung mit einem Durchmesser betrachtet D , erzeugt ein zweidimensionales Beugungsmuster mit einem zentralen Intensitätsmaximum der Winkelbreite etwa λ / D . Die Winkelbreite bezieht sich auf den Winkel, gemessen im Bogenmaß, der durch die beiden Intensitätsminima auf beiden Seiten des zentralen Maximums definiert ist.

Beugungseffekte von kreisförmigen Öffnungen haben eine wichtige praktische Konsequenz: Die Intensitätsmuster in optischen Bildern, die durch kreisförmige Linsen und Spiegel erzeugt werden, sind in ihrer Fähigkeit eingeschränkt, eng beabstandete Merkmale zu lösen. Jeder Punkt in dem Objekt wird in ein Beugungsmuster von endlicher Breite abgebildet und das endgültige Bild ist eine Summe einzelner Beugungsmuster.Baron Rayleigh , eine führende Figur der Physik des späten 19. Jahrhunderts, zeigte, dass die Bilder von zwei Punktquellen nur dann auflösbar sind, wenn ihre Winkeltrennung relativ zu einem Abbildungselement des Durchmessers Dgrößer als etwa 1,2λ / D ist (“Rayleighs Kriterium” “).

Kreisförmige Öffnung Beugungseffekte begrenzen die Auflösungsleistung von Teleskopen und Mikroskopen. Dies ist einer der Gründe, warum die besten astronomischen Teleskope großflächige Spiegel haben; Zusätzlich zu dem offensichtlichen Vorteil einer erhöhten Lichtsammelfähigkeit verringern größere Spiegel die auflösbare Winkelteilung von astronomischen Objekten. Um die Beugungseffekte zu minimieren, sind optische Mikroskope manchmal so ausgelegt, dass sie ultraviolettes Licht anstelle von längerwelligem sichtbarem Licht verwenden. Dennoch ist die Beugung oft der begrenzende Faktor in der Fähigkeit eines Mikroskops, die feinen Details von Objekten zu lösen.

Der französische Maler Georges Seurat aus dem späten 19. Jahrhundert schuf eine neue Technik, bekannt alsPointillismus , basierend auf Beugungseffekten. Seine Gemälde bestehen aus Tausenden von eng beabstandeten kleinen Farbtönen. Wenn man sie nah betrachtet, sind die einzelnen Punkte der Farbe für das Auge sichtbar. Von weitem betrachtet, können die einzelnen Punkte aufgrund der Beugung der von der Linse des Auges erzeugten Bilder nicht aufgelöst werden. Die überlappenden Bilder auf der Netzhaut kombinieren, um andere Farben zu produzieren als die, die in den einzelnen Punkten der Farbe verwendet werden. Die gleiche Physik liegt unter der Verwendung von eng beabstandeten Anordnungen von roten, blauen und grünen Leuchtstoffen aufFernsehbildschirme undComputermonitore; Beugungseffekte im Auge mischen die drei Primärfarben, um eine breite Palette von Farbtönen zu erzeugen.


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