В физике , принцип Бабине [1] утверждает , что картина дифракции из непрозрачного тела идентичен тому , что из отверстия одного и того же размера и формы для интенсивности общего луча вперед , за исключением. Он был сформулирован в 1800-х годах французским физиком Жаком Бабине .
Объяснение
Предположим, что B - исходное дифрагирующее тело, а B ' - его дополнение, т. Е. Тело, которое является прозрачным, когда B непрозрачно, и непрозрачным, когда B является прозрачным. Сумма диаграмм направленности, вызванных B и B ', должна быть такой же, как диаграмма направленности беспрепятственного луча. В местах, куда не мог попасть невозмущенный луч, это означает, что диаграммы направленности, вызванные B и B ', должны быть противоположными по фазе, но равными по амплитуде.
Картины дифракции от отверстий или тел известного размера и формы сравниваются с картиной от объекта, который нужно измерить. Например, размер красных кровяных телец можно определить, сравнив их дифракционную картину с набором небольших отверстий. Одним из следствий принципа Бабине является парадокс экстинкции , который гласит, что в дифракционном пределе излучение, удаляемое из пучка из-за частицы, равно удвоенному поперечному сечению частицы, умноженному на поток. Это связано с тем, что количество поглощенного или отраженного излучения равно потоку через поперечное сечение частицы, но по принципу Бабине свет, дифрагированный вперед, такой же, как свет, который прошел бы через отверстие в форме частицы; поэтому количество дифрагированного вперед света также равно потоку через поперечное сечение частицы.
Этот принцип чаще всего используется в оптике, но он также верен для других форм электромагнитного излучения и, по сути, является общей теоремой [ цитата ] дифракции в волновой механике. Принцип Бабине находит наибольшее применение в его способности обнаруживать эквивалентность по размеру и форме. [ требуется разъяснение ]
Демонстрационный эксперимент
Эффект можно просто наблюдать с помощью лазера . Сначала поместите тонкий (около 0,1 мм) провод в лазерный луч и наблюдайте за дифракционной картиной. Затем наблюдайте дифракционную картину, когда лазер светится через узкую щель. Разрез можно сделать либо с помощью лазерного принтера или копировального устройства для печати на прозрачной пластиковой пленке, либо с помощью булавки, чтобы нарисовать линию на куске стекла, который был прокурен над пламенем свечи.
Принцип Бабине в радиочастотных структурах
Принцип Бабине может быть использован в антенной технике для нахождения дополнительных импедансов . Следствие принципа гласит, что:
где Z metal и Z slot - входные импедансы металла и излучающих частей прорези, и- внутреннее сопротивление среды, в которую погружена конструкция. Кроме того, прорезь Z - это не только импеданс прорези, но также может рассматриваться как импеданс дополнительной структуры (во многих случаях диполь или петля). Кроме того, Z- металл часто называют Z- экраном, поскольку экран имеет оптическое определение. Тонкий лист или экран не обязательно должны быть из металла, а должны быть из любого материала, поддерживающего (вектор плотности тока), приводящий к магнитному потенциалу . Одна проблема с этим уравнением заключается в том, что экран должен быть относительно тонким для данной длины волны (или ее диапазона). В противном случае могут начать формироваться режимы или периферийные поля больше не могут быть незначительными.
Для более общего определения Eta или внутреннего импеданса, . Обратите внимание, что принцип Бабине не учитывает поляризацию. В 1946 году Г.Г. Букер опубликовал « Щелевые антенны и их связь с дополнительными проволочными антеннами», чтобы расширить принцип Бабине для учета поляризации (также известный как расширение Букера). Эта информация взята из, как указано выше, третьего издания учебника по теории антенн Баланиса .
Смотрите также
Рекомендации
- ^ М. Борн и Э. Вольф, Принципы оптики , 1999, Cambridge University Press, Кембридж.