Mécanisme de diffraction en physique classique

Mécanisme de diffraction en physique classique
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Huygens-Fresnel et les principes de superposition des ondes expliquent comment les ondes se propagent en physique classique et comment la diffraction se développe en conséquence. Pour visualiser comment une onde se propage, considérez chaque particule moyenne transmise dans un front d'onde comme une source ponctuelle pour une onde sphérique secondaire. La somme de ces ondes secondaires détermine le déplacement des ondes à tout emplacement ultérieur. Les ondes peuvent avoir n'importe quelle amplitude entre zéro et la somme de leurs amplitudes individuelles, car lorsque les ondes se rejoignent, leur somme est régie à la fois par leurs amplitudes individuelles et leurs phases relatives. Pour cette raison, les diagrammes de diffraction consistent généralement en une série de maximums et de minimums.

Chaque photon a une fonction d'onde, selon la compréhension actuelle de la mécanique quantique du passage de la lumière à travers une fente (ou des fentes). Le milieu physique, y compris la forme de la fente, la distance de l'écran et les conditions initiales dans lesquelles le photon est produit, détermine la fonction d'onde. L'existence de la fonction d'onde du photon a été prouvée par d'importantes expériences (GI Taylor a réalisé la première expérience à double fente de faible intensité en 1909). La distribution de probabilité est utilisée pour construire le diagramme de diffraction dans la technique quantique, et la présence ou l'absence de bandes claires et sombres indique que les photons sont plus ou moins susceptibles d'être détectés dans ces régions.

Le principe de Huygens-Fresnel stipule que lorsque la lumière passe à travers les fentes et les limites, des sources ponctuelles secondaires de lumière se forment à proximité ou le long de ces obstacles, et le diagramme de diffraction résultant sera le profil d'intensité basé sur l'interférence collective de toutes ces sources lumineuses avec chemins optiques différents. L'approche quantique présente des similitudes frappantes avec ce principe.

Ceci est comparable à la prise en compte des régions contraintes autour des fentes et des frontières où les photons sont plus susceptibles de provenir lors du calcul de la distribution de probabilité dans le formalisme quantique. Selon le formalisme traditionnel, cette distribution est exactement proportionnelle à la densité.

L'équation de diffraction de Kirchhoff-Fresnel dérivée de l'équation d'onde, l'approximation de diffraction de Fraunhofer de l'équation de Kirchhoff valable pour le champ lointain, l'approche de diffraction de Fresnel valable pour le champ proche et la formulation intégrale de chemin de Feynman sont quelques-uns des modèles analytiques qui permettent le calcul du champ diffracté. La plupart des configurations ne peuvent pas être résolues analytiquement, mais les approches par éléments finis et par éléments aux limites peuvent produire des solutions numériques.

En analysant comment les phases relatives de nombreuses sources d'ondes secondaires fluctuent, et en particulier lorsque la différence de phase est égale à un demi-cycle et que les ondes s'annulent, il est possible d'obtenir un aperçu qualitatif d'un grand nombre de phénomènes de diffraction.

Les explications les plus simples de la diffraction sont celles dans lesquelles le problème est réduit à un problème bidimensionnel. Cela n'est déjà vrai que pour les vagues d'eau se déplaçant le long de la surface de l'océan. Si le matériau réfringent se trouve dans une direction sur une distance beaucoup plus longue que la longueur d'onde, nous pouvons souvent ignorer cette direction. Dans le cas où la lumière brille à travers de petits trous circulaires, il faut tenir pleinement compte de l'aspect tridimensionnel du problème.

Source: Wikipedia

Günceleme: 11/11/2022 14:17

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