Для всех пластинок из строк 1-5 фокусное расстояние F равно 10 см для длины волны света 632,8 нм. Источник считается расположенным в бесконечности.
Строка 6 - зонные пластинки Френеля с фокусным расстоянием в сантиметрах, равным числу F сверху. Длинна волны света считается равной 632,8 нм (при освещении светом с другой длинной волны фокусные расстояния нужно пересчитать). Открыты (прозрачны) все нечётные зоны Френеля (центр пластинки белый) от 1 до 200. Источник считается расположенным в бесконечности.
Строка 7 - зонные пластинки Френеля с фокусным расстоянием до изображения в сантиметрах, равным числу F сверху. При этом считается, что источник расположен симметрично на таком же расстоянии a=F. Длинна волны света - 632,8 нм (при освещении светом с другой длинной волны расстояния нужно пересчитать). Открыты (прозрачны) все нечётные зоны Френеля (центр пластинки белый) от 1 до 200.
Схема эксперимента.
Для экспериментов лучше всего использовать лазер, генерирующий когерентное излучение. Мы использовали He-Ne лазер с длинной волны 632,8 нм, но можно использовать и любой другой. Например, полупроводниковую лазерную указку с длиной волны 650 нм. При этом придётся пересчитать фокусные расстояния в соответствии с новой длиной волны. Диаметр луча лазера составляет около 1 мм. Его необходимо расширить до диаметра больше 1 см. Для этого используются две линзы: короткофокусная линза L1 с фокусным расстоянием F1 < 2 мм и длиннофокусная линза L2 с фокусным расстоянием F2 ~ 8 см. Собранный из этих линз расширитель создаёт параллельный и когерентный пучок света диаметром 4-5 см. Пучок света направляется на зонные пластинки. Приближая к пластинке экран S, наблюдаем фокусировку света при расстоянии до экрана равном фокусному расстоянию зонной пластинки F. | |
Если убрать линзу L2, то зонные пластинки будут освещаться когерентным излучением точечного источника, расположенным в фокусе линзы L1. При этом изображение возникнет на расстоянии b = aF/(a-F) > F. В строке 7 набора FZP-01 размеры зонных пластинок подобраны таким образом, что если поместить фокус линзы L1 на расстоянии а, указанном сверху строки 7, то изображение возникнет сзади пластинки на таком же расстоянии a. | |
Ну и наконец для эксперимента можно использовать обычную лампочку накаливания с прозрачной колбой. Поместим лампочку на расстоянииL = 3-10 м от зонной пластинки, а экран - на фокусное расстояние от неё. В этом случае на экране мы увидим изображение нити накаливания лампы. С учётом того, что лампа расположена хоть и далеко, но не в бесконечности, для получения максимально чёткого изображения нити экран нужно отодвинуть из фокуса пластинки на небольшое расстояние F2/a ≤ 1 см. Чтобы использовать всю разрешающую способность зонной пластинки Френеля, размер источника излучения d должен быть достаточно мал. Настолько мал, что размер пространственной когерентности света Lλ/d вблизи пластинки был бы больше диаметра её наибольшего кольца. Нетрудно посчитать, что при параметрах установки, указанных выше, размер источника должен составлять доли миллиметра. Диаметр нити небольшой лампы накаливания с некоторой натяжкой удовлетворяет этим требованиям. Поэтому каждый участок нити создаёт довольно чёткое изображение в соответствующей точке фокальной плоскости зонной пластинки. Так как излучение лампы не монохроматическое, то свет с разными длинами волн будет собираться на разных расстояниях от зонной пластинки. Чтобы избежать этого перед зонной пластинкой можно поставить цветной фильтр. |
Приближая экран к зонной пластинке можно наблюдать несколько точек, в которых фокусируется изображение. Если вместо экрана поместить фотоприёмник с маленьким диаметром отверстия, то можно изучать и количественные параметры интенсивности излучения за зонной пластинкой.