Wie gilt das Huygens-Fresnel-Prinzip für die Beugung?

Das Huygens-Fresnel-Prinzip ist sowohl auf Vakuum- als auch auf Nicht-Vakuummedien anwendbar, dh es muss kein darunterliegendes Material mit physikalischen Teilchen wie Elektronen darin vorhanden sein.

Es ist eher ein geometrisches Konzept, das zeigt, wie die Ausbreitung einer Welle vorhergesagt werden könnte, indem jeder Punkt der Wellenfront als neue Wavelet-Quelle behandelt wird. Es wird nicht gesagt, dass diese Quellen wirklich existieren.

Die einzige Eigenschaft von Medien, die berücksichtigt werden muss, um die Brechung nach dem Huygens-Fresnel-Prinzip vorherzusagen, ist die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit, die für verschiedene Medien unterschiedlich sein kann, wobei die Geschwindigkeit im Vakuum natürlich c am schnellsten ist.

Ich denke, Ihre Verwirrung konzentriert sich auf die Idee von "Emittern". Das Prinzip von Huygens erfordert keine tatsächlichen Emitter; Es besagt einfach, dass jeder Punkt auf der Wellenfront wie ein neuer kugelförmiger Wellenfrontemitter wirkt und Wellenfronten stromabwärts so wirken, als wären sie die lineare Summe der Wellenfronten, die von diesen imaginären stromaufwärts liegenden Emittern emittiert werden. Licht, das sich im freien Raum ungehindert ausbreitet, gehorcht dem Prinzip von Huygens.

Wenn eine Wellenfront irgendwo durch eine Maske mit einer Lochblende blockiert wird, die etwas größer als eine Wellenlänge der blockierten Welle ist, tritt auf der stromabwärtigen Seite der Öffnung eine nahezu sphärische Welle auf. Diese Beobachtung ist die Grundlage des Prinzips von Huygens. Dabei spielt es keine Rolle, woraus die Maske besteht.

Du hast vollkommen recht. Das Licht interagiert mit den Elektronen im Schirm. Wenn der Bildschirm vollständig geschlossen ist, erzeugt dies eine induzierte Welle, die der einfallenden Welle entgegengesetzt ist, so dass die Summe Dunkelheit (ein Schatten) ist.

Wenn nur ein kleines Hindernis vorhanden ist (ein Haar oder ein dünner Kupferdraht), wird ein Beugungsmuster nach dem Huygens-Prinzip erzeugt, wobei die Punkte im Draht als Emitter für das induzierte Feld dienen.

Nun gibt es Babinets Prinzip. Ein Draht ist die Ergänzung eines Siebes mit einem Schlitz. Die von diesen induzierten Felder sind in der Phase entgegengesetzt, aber ansonsten identisch.

Die Standardbehandlung des Schlitzes ist also eine Abkürzung. Es ist nicht praktikabel, die Integrale des Bildschirms von den Rändern des Schlitzes bis ins Unendliche zu berechnen. Babinet sagt uns, dass man das gleiche Intensitätsprofil erhält.

In Ihrem Brechungsbeispiel wird das Licht gebeugt, weil es langsamer durch das zweite (dichtere) Material wandert. Wenn es sich mit der gleichen Geschwindigkeit fortbewegen würde, würde es nicht gebogen werden. Man könnte sagen, es sind die Teilchen, die das bewirken, weil die Teilchen das Licht verlangsamen.

Im Beugungsbeispiel wird angenommen, dass sich das Licht überall gleich schnell ausbreitet. Wenn es sich jedoch auf einen Flachbildschirm zubewegt, legt es unterschiedliche Entfernungen zurück, um verschiedene Teile des Bildschirms zu erreichen. Und Licht von verschiedenen Teilen des Schlitzes legt auch unterschiedliche Entfernungen zum selben Punkt auf dem Bildschirm zurück. Von hier aus sieht es für mich komisch aus.

Nehmen Sie an, dass sich das gesamte Licht in alle Richtungen ausbreitet. Wenn der Schlitz 5 Wellenlängen breit ist, dann wird in einer Richtung Licht in der Höhe von 4 aufeinanderfolgenden Wellen gleichzeitig auf dem Bildschirm ankommen. Weil es einen so großen Unterschied in der Entfernung gibt, die sie zurücklegen. Und alle werden absagen. Etwas weiter entfernt treffen sich 4,5 Wellen, und 4 von ihnen heben sich auf und lassen nur 1/9 des Lichts zurück, um etwas zu zeigen.

Die Theorie besagt also, dass sich ALLES Licht in ALLE Richtungen bewegt (oder mindestens 180 Grad, alle Vorwärtsrichtungen), aber das meiste davon löscht sich aus. Wenn man darüber nachdenkt, ist das fast so lächerlich wie die Photonentheorie.

Ich denke, das geht besser mit einem halbkreisförmigen Bildschirm als mit einem flachen. Der gesamte Entfernungsunterschied, den das Licht zurücklegt, ist also auf den Spalt zurückzuführen. Außerdem könnten Sie Ihren Schlitz vielleicht am Ende eines Kegels haben und einen kreisförmigen Bildschirm haben, der sich um mehr als 180 Grad erstreckt. Beugt sich ein Teil des Lichts tatsächlich um mehr als 90 Grad und geht etwas nach hinten? Sie werden es nie wissen, wenn Sie es nicht messen.