Difracción de Fraunhofer
Páginas: 10 (2336 palabras)
Publicado: 2 de junio de 2013
Difracción de Fraunhofer
1 Introducción.
El objetivo de este informe es el estudio de la difracción de la luz por distintos objetos y, a través de este fenómeno, obtener la medida de la longitud de una onda de un haz de láser.
2 Fundamento teórico.
Se denomina difracción a la propagación no rectilínea de la luz que no puede interpretarse como reflexión o refracción. Para poderexplicar la difracción hay que recurrir a la naturaleza ondulatoria de la luz.
Supóngase una fuente de luz con la que iluminamos una pantalla. Si entre la fuente y el plano de observación se coloca una pantalla opaca en la que se haya practicado, por ejemplo, una abertura circular, y se admite la propagación rectilínea de la luz, en el plano de observación debería aparecer una zona iluminadasemejante a la abertura, con contornos nítidos y bien delimitados entre las regiones de la luz y sombra.
Sin embargo, si la abertura es lo suficientemente pequeña, no se observará una sombra de límites claramente definidos, sino una transición de luz a oscuridad gradual. Si la fuente de luz que se utiliza es bastante puntual y bastante monocromática, se podrá apreciar incluso una serie de anillosclaros y oscuros (si la abertura es circular) que se extienden a través de toda la sombra geométrica de la pantalla.
En la figura se muestra un ejemplo de la figura de difracción debida a una abertura circular de 0.5 mm de diámetro. Una figura similar se obtendría si, en lugar de la abertura circular, se coloca un pequeño obstáculo circular y opaco.
Este fenómeno, que no puede explicarsemediante la propagación rectilínea de la luz, se denomina difracción y es consecuencia natural del carácter ondulatorio de la misma. En la vida ordinaria existen muchos fenómenos de difracción, como puede ser, por ejemplo, el hecho de que las estrellas o las farolas distantes, en lugar de verse nítidas en nuestra retina, se vean como si fueses imágenes estrelladas debido a la difracción que producela pupila de nuestro ojo que actúa como una abertura circular.
Los fenómenos de difracción se acentúan a medida que los obstáculos y los diafragmas se hacen más pequeños, en comparación con la longitud de onda de la luz utilizada, y a medida que la fuente de luz es más monocromática.
El estudio matemático de la difracción es bastante complejo, dado que la intensidad de la luz que se observaen la pantalla depende de múltiples factores (longitud de onda de la luz utilizada, tamaño y forma del obstáculo o abertura difractante, distancia del objeto difractante a la pantalla de observación, ángulo con el que incide la luz sobre el objeto). Sin embargo, estos cálculos se simplifican un poco cuando la distancia de la pantalla al objeto difractor es muy grande (pudiendo considerarlainfinita) denominándose régimen de difracción de Fraunhofer o de campo lejano.
2.1 Difracción por una rendija
En este apartado se describe cuál es la figura de difracción que se obtiene cuando un haz de luz monocromática pasa por una rendija, es decir, una abertura rectangular en la que la dimensión de uno de los lados es muy pequeña respecto del otro. Si la luz incide perpendicularmente, seobservarán en la pantalla una serie de bandas de muy pequeña altura, simétricas respecto a una banda central, que es de doble anchura que las laterales y en dirección perpendicular a la rendija. Esta banda central, en difracción de Fraunhofer, tiene una anchura angular dada por:
\theta=\frac{\lambda}{a}
donde \lambda
es la longitud de onda de la luz usada y a
es la anchura de la rendija.2.2 Difracción por una red de difracción
Una red de difracción es un dispositivo formado por muchas rendijas paralelas y de la misma anchura, regularmente espaciadas. Si un haz de luz monocromático y paralelo inciden perpendicularmente sobre una red de difracción, se obtiene en la pantalla (si está lo suficientemente alejada) una serie de franjas oscuras y claras alternadas causadas por las...
1 Introducción.
El objetivo de este informe es el estudio de la difracción de la luz por distintos objetos y, a través de este fenómeno, obtener la medida de la longitud de una onda de un haz de láser.
2 Fundamento teórico.
Se denomina difracción a la propagación no rectilínea de la luz que no puede interpretarse como reflexión o refracción. Para poderexplicar la difracción hay que recurrir a la naturaleza ondulatoria de la luz.
Supóngase una fuente de luz con la que iluminamos una pantalla. Si entre la fuente y el plano de observación se coloca una pantalla opaca en la que se haya practicado, por ejemplo, una abertura circular, y se admite la propagación rectilínea de la luz, en el plano de observación debería aparecer una zona iluminadasemejante a la abertura, con contornos nítidos y bien delimitados entre las regiones de la luz y sombra.
Sin embargo, si la abertura es lo suficientemente pequeña, no se observará una sombra de límites claramente definidos, sino una transición de luz a oscuridad gradual. Si la fuente de luz que se utiliza es bastante puntual y bastante monocromática, se podrá apreciar incluso una serie de anillosclaros y oscuros (si la abertura es circular) que se extienden a través de toda la sombra geométrica de la pantalla.
En la figura se muestra un ejemplo de la figura de difracción debida a una abertura circular de 0.5 mm de diámetro. Una figura similar se obtendría si, en lugar de la abertura circular, se coloca un pequeño obstáculo circular y opaco.
Este fenómeno, que no puede explicarsemediante la propagación rectilínea de la luz, se denomina difracción y es consecuencia natural del carácter ondulatorio de la misma. En la vida ordinaria existen muchos fenómenos de difracción, como puede ser, por ejemplo, el hecho de que las estrellas o las farolas distantes, en lugar de verse nítidas en nuestra retina, se vean como si fueses imágenes estrelladas debido a la difracción que producela pupila de nuestro ojo que actúa como una abertura circular.
Los fenómenos de difracción se acentúan a medida que los obstáculos y los diafragmas se hacen más pequeños, en comparación con la longitud de onda de la luz utilizada, y a medida que la fuente de luz es más monocromática.
El estudio matemático de la difracción es bastante complejo, dado que la intensidad de la luz que se observaen la pantalla depende de múltiples factores (longitud de onda de la luz utilizada, tamaño y forma del obstáculo o abertura difractante, distancia del objeto difractante a la pantalla de observación, ángulo con el que incide la luz sobre el objeto). Sin embargo, estos cálculos se simplifican un poco cuando la distancia de la pantalla al objeto difractor es muy grande (pudiendo considerarlainfinita) denominándose régimen de difracción de Fraunhofer o de campo lejano.
2.1 Difracción por una rendija
En este apartado se describe cuál es la figura de difracción que se obtiene cuando un haz de luz monocromática pasa por una rendija, es decir, una abertura rectangular en la que la dimensión de uno de los lados es muy pequeña respecto del otro. Si la luz incide perpendicularmente, seobservarán en la pantalla una serie de bandas de muy pequeña altura, simétricas respecto a una banda central, que es de doble anchura que las laterales y en dirección perpendicular a la rendija. Esta banda central, en difracción de Fraunhofer, tiene una anchura angular dada por:
\theta=\frac{\lambda}{a}
donde \lambda
es la longitud de onda de la luz usada y a
es la anchura de la rendija.2.2 Difracción por una red de difracción
Una red de difracción es un dispositivo formado por muchas rendijas paralelas y de la misma anchura, regularmente espaciadas. Si un haz de luz monocromático y paralelo inciden perpendicularmente sobre una red de difracción, se obtiene en la pantalla (si está lo suficientemente alejada) una serie de franjas oscuras y claras alternadas causadas por las...
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