Если в параллельном пучке между линзами
и
расположить дифракционную маску (темный экран
, например, кусок равномерно почерневшей пленки) с отверстиями любого желаемого размера и формы и с любым их распределением, то в фокальной плоскости
получится ее фраупгоферовская дифракционная картина. Обычно оператор может смещать маску, рассматривая в то же время дифракционную картину в микроскоп.
Рис. 10.4. Схема дифрактометра.
Если в качестве
использовать квазимонохроматичееккй точечный источник, то вблизи его геометрического изображения в плоскости
получилось бы когерентное освещение. Размер такой когерентно освещаемой области порядка эффективного размера дифракционной картины Эйри
образуемой линзой
и создаваемой одной точкой источника. Можно считать, что распределение света в плоскости
обусловленное конечным первичным источником, возникло в результате некогерентной суперпозиции ряда таких картин. Если, мы предположим, что изображение этого протяженного источника, образуемое
и отверстие
велики по сравнению с
то освещенное отверстие
само служит некпгерентным источником. Согласно теореме Ван-Циттерта — Цернике при таком источнике будет существовать корреляция между колебаниями в любых двух точках на первой поверхности линзы
(или, для большей общности, в плоскости
). При обычных приближениях находим, что комплексная степень когерентности определяется формулой (28), т. е.
где
радиус
— расстояние между
расстояния от
до оси.
Если дифракционная маска
содержит два небольших круглых отверстия с центрами в точках
то получающаяся картина, наблюдаемая в фокальной плоскости
обусловлена суперпозицией двух выходящих из этих отверстий частично когерентных пучков со степенью когерентности
. Рассмотрим изменения в структуре этой картины при постепенном увеличении расстояния между
т. е. при изменении степени когерентности между двумя интерферирующими пучками.
Рис. 10.5. К расчету распределения интенсивности в фокальной плоскости дифрактометра.
Предположим, что точки
расположены симметрично относительно оси. Тогда
а интенсивности
в точке
фокальной плоскости, связанные с каждым из двух пучков, равны и выражаются с помощью формулы Фраунгофера для дифракции на круглом отверстии (8.5.14). Если точка
служит фокусом для лучей, дифрагировавших в направлениях, которые образуют угол
с нормалью к А, и если а — радиус каждого отверстия (рис. 10.5), то с точностью до нормирующего множителя имеем
Разность фаз
для пучков, дифрагировавших к
равна
где
— основание перпендикуляра, опущенного из
на луч, идущий из точки
. Подставляя (36), (37) и (38) в (11), окончательно получим для интенсивности в точке
фокальной плоскости, когда отверстия
разделены расстоянием
соотношение
где
На рис. 10.6 показаны фотографии картин, пблученных с помощью такого устройства для различных расстояний
Приведены также соответствующие теоретические кривые, рассчитанные по формуле (39). Пунктиром показаны огибающие
Интересно отметить, что при
(случаи
и
) интенсивность в центре каждой картины имеет в соответствии с нашими общими выводами относительный минимум, а не максимум. Изменение степени когерентности при взаимном удалении обоих отверстий показано на рис. 10.7. Соответствующими буквами там указаны те шесть положений, к которым относятся фотографии на рис. 10.6.