Розробка підходу до дифракції електромагнітних хвиль на двохвимірних апертурах. Нова хвильова інтерпретація строгого розв’язку Зоммерфельда. Вивчення картини поля, що утворюється при дифракції реального світлового пучка на реальній двохвимірній апертурі.
Аннотация к работе
Як можна дізнатися з будь-якого університетського підручника з оптики, сьогодні дифракція являє собою одне з найбільш вивчених хвильових явищ, для кількісного опису якого існує цілий ряд добре розвинених і доповнюючих один одного підходів. Протягом останніх трьох-чотирьох десятиріч (знаменних появою і поширенням лазерних джерел) в оптиці все настирливіше звучить теза про незадовільність існуючої моделі дифракції, при цьому зі збільшенням числа експериментальних фактів, що не знаходять пояснення в рамках теорії Френеля-Кірхгофа, все частіше більш конструктивною в цьому відношенні виявляється дифракційна концепція Юнга-Рубіновича. Для того, щоб процес дифракції став прозорим, виявилося достатнім представити поле за екраном сукупністю двох фізично реалізованих хвиль, що відповідають незалежним доданкам строгого розвязку: плоскої хвилі, подібної до падаючої, але зменшеної вдвічі по амплітуді, і аналогічної по амплітуді необмеженої неоднорідної хвилі з крайовою дислокацією хвильового фронту, яка припадає на границю геометричної тіні. Більш того, як виходило з досвіду сингулярної оптики, d-хвиля може бути сформована і без залучення крайової дифракції з використанням будь-якого з декількох підходящих для цього оптичних прийомів, що зводяться до введення в плоску хвилю напівхвильового стрибка її фази по контуру апертурної границі. · Запропоновано сингулярну модель процесу дифракції, в відповідності з якою початкова хвиля може бути представлена сумою двох ідентичних їй хвиль з вдвічі меншою амплітудою, одна з яких розповсюджується в прямому напрямку, як би не помічаючи екрану, а друга набуває на краю останнього стрибок фази на p, що охоплює всю затінену частину цієї хвилі при нульовій амплітуді її поля на границі геометричної тіні.Відповідно до ідеї Юнга процес дифракції світлової хвилі на краю екрана можна представити інтерференцією двох хвиль - геометро-оптичної, яка є вцілілою частиною початкової хвилі, що зазнала розриву на краю екрана і що розповсюджується далі за правилами геометричної оптики, і граничної хвилі, що розходиться, геометричний центр якої розташований на краю екрана, а вісь співпадає з границею геометричної тіні. Приведено один з перших, отриманих таким чином розподілів інтенсивності d-хвилі разом з теоретично розрахованою картиною, а також результат тестування структури цієї хвилі при її інтерференції зі злегка нахиленою плоскою хвилею. Домінуюча роль, яку грає d-хвиля в дифракційному процесі, багато в чому пояснюється її аналітичною структурою, що визначається тією ж комбінацією інтегралів Френеля, що і спіраль Корню: Внаслідок цієї обставини, d-хвилю можна розглядати як унікальний носій, по суті, всієї інформації про протікаючий дифракційний процес: по її параметрах в довільній точці простору можна відновити структуру дифракційного поля в будь-якій іншій області простору. Якби Калашникову вдалося наблизити голки до краю екрана на дистанцію в декілька довжин хвиль, він виявив би по картині тіней, що геометричний центр “граничної” хвилі не тільки зміщений від краю назустріч падаючій хвилі, але і трансформований в ланцюжок точок, кожна з яких є центром своєї хвилі, що розходиться. В результаті в області тіні хвиля виявляється хвилею-привидом, яка при достатньому віддаленні від екрана поводиться подібно хвилі, що розходиться, Юнга, але поблизу краю такою не є.У дисертації обґрунтовано і успішно апробовано оригінальний кількісний підхід до дифракції електромагнітних хвиль на двохвимірних апертурах, що має ряд практично важливих переваг перед іншими існуючими підходами до цього явища. Обґрунтовано і розвинено новий підхід до дифракції електромагнітних хвиль, що базується на фізично коректній хвильовій інтерпретації строгого розвязку Зоммерфельда для плоскої хвилі, дифрагуючій на напівплощині. У хвильових же областях перед і за екраном результуюче поле формується внаслідок інтерференції лише двох хвиль, причому в зоні тіні ця інтерференція деструктивна. Показано, що при дифракції плоскої хвилі на апертурі з прямолінійними границями (напівплощина, щілина, смуга, прямокутний отвір тощо) основну інформацію про поле, що формується, містить одна або більше (по числу границь) однотипних d-хвиль, кожна з яких характеризується половинною по відношенню до початкової хвилі амплітудою і містить крайову дислокацію, просторово співпадаючу з границею геометричної тіні. Експериментально встановлено правомірність поширення розвязку Зоммерфельда на екран з довільною провідністю і гострим (меншим за l) краєм, якщо доданок цього розвязку, що представляє амплітуду відбитої хвилі, домножити на комплексний коефіцієнт відбиття екрана, що враховує додатковий фазовий набіг хвилі у відбиваючому шарі.