Interferenza e diffrazione con gli esponenziali complessi. Nota
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- Gildo Barone
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1 Intrfrnza dffrazon con gl sponnzal complss ota on s fanno commnt sul sgnfcato d rsultat ottnut, n su qullo dll pots d volta n volta assunt: lo scopo solo qullo d mostrar com funzon n pratca l formalsmo d numr complss. Grandzz oscllant d sponnzal complss Una prturbazon armonca, com un onda.m. pana monocromatca, s scrv com noto nl sgunt modo: kxt Il modulo dl c.lttrco, funzon d x t n qusto smpo, dpnd paramtrcamnt da quattro quantta ral: ampzza massma d oscllazon k =π/λ numro d onda (frqunza spazal) ω=π/t=πν pulsazon (frqunza tmporal φ fas Mntr qusta rapprsntazon dl tutto ntutva facl da rcordar, non partcolarmnt pratca da usar nl caso n cu s dbba consdrar la somma d dvrs prtrurbazon armonch, com avvn n fnomn d ntrfrnza dffrazon. S rcord ora la rlazon d ulro pr numr complss d modulo = : sn ssa drva, com s rcordra, dall stnson ad argomnt complss dlla dfnzon dll sponnzal n trmn dl suo svluppo n sr d Taylor; nfatt: x x x x... x z z z z... z z z z z z......
2 Ora, poch 4 3 5,,,,... s ha: ! 5! ! 4! 3! 5! ! 5! sn sn Qund: R La prturbazon armonca ctata sopra soluzon dll quazon dll ond, ch un quazon dffrnzal all drvat parzal lnar: qund, combnazon lnar d soluzon sono ancora soluzon. S prndamo l soluzon ndpndnt kxt sn kxt possbl formalmnt consdrar la combnazon lnar kx t kx t kxt ch ancora una soluzon dll q. dll ond. sn Supponamo d volr sgur manpolazon algbrch lnar (somma algbrca, moltplcazon pr una tant) su un nsm d prturbazon armonch: ss s possono sgur sull corrspondnt funzon sponnzal complss, prndndo po la part ral dl rsultato com grandzz fsca. Tal manpolazon rsulta pu agvol dl corrspondnt algbra dll funzon trgonomtrch. S not noltr ch, pr
3 grandzz complss oscllant com qull ntrodott, la mda tmporal dll ntnsta : I kxt I S ha allora la rlazon gnral, molto utl: kxt R R R * * I *. Somma d du ond sfasat kx t kxt kx t kxt kxt kxt kxt kxt kxt R R kx t sn kx t sn kxt snkxtsn Prndndo l quadrato s ha l ntnsta (s not: qusto s puo far dopo avr prso la part ral, non prma!):
4 kx t sn kx t sn kx t kx t snkx tsn sn kxtsn kxt kxt kxt sn kxtsn trmn ch vanno a zro nlla mda Facndo la mda su molt prod: sn Usando l sprsson vsta prma pr l valor mdo n trmn dl campo complsso: kx t * kx t * kxt kxt com s vd, l rsultato s ottn pu vlocmnt. 3. Intrfrnza d du fndtur La somma a grand dstanza dll du prturbazon provnnt da fndtur d larghzza trascurabl s puo scrvr n modo sml a quanto vsto sopra: kxt kxt In qusto caso abbamo pr lo sfasamnto, consdrando la somma dll prturbazon n un punto com qulla d du ond pan:
5 d sn kxt kxt d sn kxt kxt kxt Il campo lttrco total la part ral dlla somma, com nl caso prcdnt. Facndo la mda su molt prod, s ottn, n modo sml a qullo vsto pr l du ond sfasat: 4. Intrfrnza d fndtur sn d sn d sn I I S s trascurano gl fftt dlla dffrazon, qusto l modllo dl rtcolo d dffrazon (ch s potrbb chamar, mglo, rtcolo d ntrfrnza). S consdrno fndtur sottl, quspazat dlla dstanza d, nvstt dalla solta onda pana monocromatca; allora la dffrnza d fas fra du fndtur contgu kd sn d sn pr l onda uscnt, ossrvata ad angolo θ rsptto alla drzon d ncdnza. Il campo lttrco total allora:... krt krt krt krt3 krt j krt j j j Pr calcolar la somma, s ossrv ch ssa n fftt qulla d una progrsson gomtrca, la cu bas un numro complsso:
6 j j j j S puo far l sgunt trucchtto: krt sn sn sn sn ch porta all sprsson: kr t kr t sn sn sn IR kr t sn I sn sn d sn sn d sn sn 5. Dffrazon d Fraunhofr d una fndtura S consdra una fndtura d larghzza b a grand dstanza da una sorgnt puntform dallo schrmo d ossrvazon (lmt ond pan): suddvdndola dalmnt n tant strsc paralll d larghzza nfntsma, lo sfasamnto proporzonal a x, coordnata dlla strsca lungo la larghzza dlla fndtura: kx sn Allora l campo lttrco total su un punto dllo schrmo d ossrvazon s puo scrvr, avndo msurato con r la dstanza dl punto d ossrvazon dal cntro dlla fndtura (x=):
7 d dx krt b b krtkxsn krt kxsn dx dx b b kr t krt b k sn campo total kb sn kb sn b krt kxsn krt k sn b k sn b snk b sn snk b sn b kb sn Qund l ntnsta n funzon dll angolo d ossrvazon : k b sn R R tot kb sn krt sn sn k b sn tot kr t kb sn sn tot I kr t k b sn kb sn
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