Принцип Гюйгенса. Принцип гюйгенса Принцип гюйгенса френеля кратко и доступно

Каждую точку на пути распространения волны можно считать источником вторичных волн.

Представьте себе волну на поверхности водоема. Проще всего, казалось бы, описать волновое движение воды чисто механически - рассчитать силы гидродинамического давления, действующие на частицы водной поверхности снизу, и противодействующие им силы гравитационного притяжения, суммарное воздействие которых и приводит к тому, что поверхность ритмично колышется вверх-вниз. Однако в конце XVII века голландский физик Христиан Гюйгенс представил себе волновую картину несколько по-иному и вывел, благодаря этому, мощный принцип, в равной мере применимый к любым волнам - начиная от волн на водной поверхности и заканчивая гамма-излучением далеких галактик.

Смысл принципа Гюйгенса проще всего понять, если представить себе, что гребень волны на водной поверхности на мгновение застыл. Теперь представьте, что в этот миг вдоль всего фронта волны в каждую точку гребня брошено по камню, в результате чего каждая точка гребня становится источником новой круговой волны. Практически всюду вновь возбужденные волны взаимно погасятся и не проявятся на водной поверхности. И лишь вдоль фронта исходной волны вторичные маленькие волны взаимно усилятся и образуют новый волновой фронт, параллельный предыдущему и отстоящий от него на некоторое расстояние. Именно по такой схеме, согласно принципу Гюйгенса, и распространяется волна.

Так почему столь парадоксальный, казалось бы, взгляд на столь обычное природное явление, как распространение волн, оказывается полезен ученым? Представьте, что будет при столкновении волны с препятствием на пути ее распространения. Вернемся к примеру волны на водной поверхности и представим, что волна ударилась о бетонный волнорез под углом к нему. Согласно принципу Гюйгенса, из тех точек волнового фронта, которые пришлись на волнорез, вторичные волны распространяться не будут, а из остальных будут. В результате волна продолжит свой путь и восстановится позади волнореза. То есть, фактически, при столкновении с препятствием волна спокойно огибает его, и любой моряк вам это подтвердит. (Это свойство волн называется дифракцией.)

Имеется и целый ряд других полезных применений принципа Гюйгенса при рассмотрении волновых явлений - порой весьма неожиданных. Он широко используется в волновой оптике и в телекоммуникационной инженерии, где волны (световые и радио- соответственно) регулярно сталкиваются с препятствиями на пути их распространения и огибают их.

К этому открытию Гюйгенса привели занятия астрономией, для развития которой он сделал немало, в частности, став в 1655 году первооткрывателем Титана - самого большого спутника Сатурна. Автоматическая космическая станция НАСА «Кассини» в 2004 году должна достигнуть Сатурна и отправить на поверхность Титана спускаемый аппарат для исследования состава его атмосферы и грунта. Этот спускаемый аппарат называется «Гюйгенс». Так наука чтит своих основателей.

Принцип Гюйгенса объясняет распространение волн, согласующееся с законами геометрической оптики, но не может объяснить явлений дифракции. Огюстен Жан Френель в 1815 году дополнил принцип Гюйгенса, введя представления о когерентности и интерференции элементарных волн, что позволило рассматривать на основе принципа Гюйгенса - Френеля и дифракционные явления.

Принцип Гюйгенса-Френеля формулируется следующим образом:

Каждый элемент волнового фронта можно рассматривать как центр вторичного возмущения, порождающего вторичные сферические волны, а результирующее световое поле в каждой точке пространства будет определяться интерференцией этих волн.

Фронтом волны точечного источника в однородном изотропном пространстве является сфера. Амплитуда возмущения во всех точках сферического фронта волны, распространяющейся от точечного источника, одинакова.

Дальнейшим обобщением и развитием принципа Гюйгенса является формулировка через интегралы по траекториям, служащая основой современной квантовой механики.

Использованы материалы: Энциклопедия Джеймса Трефила «Природа науки. 200 законов мироздания».

Волны - один из двух путей переноса энергии в пространстве (другой путь - корпускулярный, при помощи частиц). Волны обычно распространяются в какой-то среде (например, волны на поверхности озера распространяются в воде), однако направление движения самой среды не совпадает с направлением движения волн. Представьте себе поплавок, покачивающийся на волнах. Поднимаясь и опускаясь, поплавок повторяет движения воды, в то время как волны проходят мимо него. Явление интерференции происходит при взаимодействии двух и более волн одинаковой частоты, распространяющихся в различных направлениях.

Основы явления дифракции можно понять, если обратиться к принципу Гюйгенса, согласно которому каждая точка на пути распространения светового луча может рассматриваться как новый независимый источник вторичных волн, и дальнейшая дифракционная картина оказывается обусловленной интерференцией этих вторичных волн. При взаимодействии световой волны с препятствием часть вторичных волн Гюйгенса блокируется.

Что заставляет взаимодействовать все в нашей Вселенной? Ускоряются ли тела или замедляются, меняют свое направление или мчатся вперед – почему они ведут себя именно так? Какие законы являются общими и для малейших частиц и для Галактик? С чего все началось, как развивается и как работает? Эти и другие вопросы волновали человека с самых древних времен… Где же ключ к пониманию тайн механической Вселенной? США, 1985 год.

Вам, наверняка, хоть раз в жизни доводилось стоять у дороги, по которой проносится машина со спецсигналом и включенной сиреной. Пока вой сирены приближается, его тон выше, затем, когда машина поравняется с вами, он понижается, и, наконец, когда машина начинает удаляться, он понижается еще, и получается знакомое: ййййииииээээЭААААОоооуууумммм - такой примерно звукоряд. Сами того, возможно, не сознавая, вы при этом наблюдаете фундаментальнейшее (и полезнейшее) свойство волн.

Имеется целый ряд типов электромагнитного излучения, начиная с радиоволн и заканчивая гамма-лучами. Электромагнитные лучи всех типов распространяются в вакууме со скоростью света и отличаются друг от друга только длинами волн.

С давних времён люди заметили отклонение световых лучей при нахождении какого-то препятствия перед ними. Можно обратить внимание на то, как сильно искажается свет при попадании в воду: луч «ломается» из-за так называемого эффекта дифракции света. Дифракцией света называется огибание или искажение света из-за различных факторов вблизи.

Вконтакте

Работу подобного явления описал Христиан Гюйгенс. После определённого количества проведённых экспериментов со световыми волнами на водной поверхности, он предложил науке новое объяснение такого феномена и дал ему название «волновой фронт». Таким образом, Христиан дал возможность понять, как будет вести себя луч света при попадании на какую-то поверхность другого типа.

Его принцип звучит следующим образом:

Точки поверхности, заметные в определённый момент времени, могут быть причиной для вторичных элементов. Площадь, которая прикасается ко всем вторичным волнам, считается волновой сферой в последующие отрезки времени.

Он объяснил, что все элементы следует рассматривать как начало сферических волн, которые имеют название как вторичные волны. Христиан заметил, что волновой фронт по своей сути является совокупностью этих точек касания, отсюда и выплывает весь его принцип. Кроме этого, вторичные элементы представляются сферической формы.

Стоит запомнить, что волновой фронт - это точки геометрического смысла, до которых доходят колебания к определённому моменту времени.

Вторичные элементы Гюйгенса представляются не как настоящие волны, а лишь дополнительные, имеющие форму сферы, используемые не для расчёта, а лишь приблизительного построения. Поэтому эти сферы вторичных элементов по своей сути имеют только огибающее действие, что позволяет образовываться новому волновому фронту. Этот принцип хорошо объясняет работу дифракции света, однако решает вопрос только направления фронта, а не объясняет, откуда появляется амплитуда, интенсивность волн, распыление волн и их обратное действие. Френель использовал принцип Гюйгенса для устранения этих недостатков и дополнения его работы физическим смыслом. Через некоторое время учёный представил свою работу, которая полностью подержалась научным сообществом.

Ещё во времена Ньютона учёные-физики имели некоторое представление о работе дифракции света , но некоторые моменты оставались для них загадкой из-за небольших возможностей технологий и знаний об этом явлении. Так, описать дифракцию на основе корпускулярной теории света было невозможным.

Независимо друг от друга два учёных разрабатывали качественное объяснение этой теории. Французский физик Френель взялся за дополнение принципа Гюйгенса физическим смыслом, так как изначальная теория была представлена только с математической точки зрения. Таким образом, геометрический смысл оптики изменился с помощью трудов Френеля.

Изменения в принципе выглядели так - Френель физическими методами доказал, что вторичные волны интерферируют в точках наблюдения. Свет может быть замечен во всех участках пространства, где сила вторичных элементов умножается под действием интерференции: так, что если замечается затемнение, можно предположить, волны взаимодействуют и нейтрализуются под влиянием друг друга. В случае если вторичные волны попадают в площадь со схожими типами, состояниями и фазами, то замечается сильный всплеск света.

Таким образом, становится понятным, почему нет обратной волны. Так, когда вторичная волна возвращается обратно в пространство, они вступают во взаимодействие с прямой волной и путём взаимного погашения пространство оказывается спокойным.

Метод зон Френеля

Принцип Гюйгенса - Френеля даёт чёткое представление о возможном распространении света . Применения вышеописанных методов стало называться метод зон Френеля, что позволяет использовать новые и неординарные способы решения задач на нахождение амплитуды. Так, он заменил интегрирование суммированием, что очень положительно приняли в научном сообществе.

На вопросы как работают некоторые важные физические элементы, например, как дифракция света, принцип Гюйгенса - Френеля даёт чёткие ответы. Решение задач стало возможным только благодаря подробному описанию работы этого явления.

Вычисления, представленные Френелем и его методом зон, сами по себе являются трудной работой, однако выведенная учёным формула немного облегчает этот процесс, давая возможность найти точное значение амплитуды . Ранний принцип Гюйгенса не был способен на это.

Необходимо обнаружить на площади точку колебания, которая впоследствии может служить важным элементом в формуле. Площадь будет представлена в виде сферы, так что по методу зон можно разбить её на кольцевые участки, которые позволяют с точностью определить расстояния от краёв каждой зоны. Проходящие по этим зонам точки имеют разное колебание, соответственно, и возникает разница в амплитуде. В случае монотонного убывания амплитуды, можно представить несколько формул:

1. А рез = А 1 — A 2 + A 3 – A 4 +…
2. А 1 > A 2 > A 3 > A m >…> A ∞

Следует помнить, что довольно большое количество других физических элементов влияют на решение задачи подобного типа, которые тоже нужно искать и учитывать.

Гюйгенсом было сформулировано предположение, согласно которому каждая точка фронта волны, созданной каким-либо пер­вичным источником, является вторичным источником сферической волны. Это предположение называют принципом Гюйгенса .

Под фронтом волны обычно понимают поверхность, отделяющую область, в которой в данный момент времени уже имеют место электромагнитные колебания, от области, в которую волна еще не успела распространиться. При описании распространяющихся монохроматических электромагнитных волн часто вместо термина поверхность равных фаз используют термин фронт волны, что, строго говоря, не совсем корректно.

Пусть известна поверхность S 1(рис. 1.24), на которой фаза функции, характеризующей волну, в момент t = t0 равна некоторому значению Ψ0. В следующий момент времени t = t0 + Δt поверхность, соответствующая значению фазы Ψ0, уже не будет совпадать с S1. Для определения этой новой поверхности, согласно принципу Гюйгенса, нужно каждую точку поверхности S1 принять за центр сферы радиуса r0 = cΔ t, где с – скорость распространения волны. Тогда поверхность S2 (рис. 1.24), огибающая семейство построенных таким образом сфер, проведенная с учетом направления распространения волны, будет искомой поверхностью, на которой фаза в момент t = t0+ Δt равна Ψ0.

Рис.1.24. Поверхности S1 и S2

Принцип Гюйгенса справедлив для любых волновых процессов и позволяет проследить за перемещением фронта волны или поверхности равных фаз, начиная с момента времени, в который являются известными фронт волны, или, соответственно, ПРФ. Математическая формулировка принципа Гюйгенса впервые была дана Кирхгофом. Поэтому указанный принцип обычно называют принципом Гюйгенса-Кирхгофа.

Принцип Гюйгенса-Кирхгофа позволяет находить поле и в том случае, когда поверхность, окружающая источники, не совпадает с поверхностью равных фаз. При этом, конечно, необходимо учи­тывать распределение фаз эквивалентных источников.

Принцип Гюйгенса-Кирхгофа широко применяется при расчете диаграмм направленности различных излучающих систем СВЧ диапазона. Основные типы антенн этого диапазона: щелевые, рупорные и зеркальные (схематически изображенные на рис. 1.25, а, б, в, соответственно) можно представить в виде замкнутой поверхности, одна часть которой (S0) является металлической, а другая (SΣ)представляет собой поверхность раскрыва (через нее электромагнитная энергия излучается в окружающее простран­ство). Поле на SΣ обычно известно с той или иной степенью точности, и его можно заменить распределением эквивалентных источников.

Рис.1.25. Основные типы антенн СВЧ диапазона: а) щелевая; б) рупорная; в) зеркальная

Кроме того, при приближенных расчетах часто прене­брегают затеканием электрических токов на внешнюю поверхность антенны, т.е. предполагают, что на поверхности S0 отсутствуют также электрические токи:

В таком приближении поле в дальней зоне определяется только эквивалентными поверхностными электрическими и магнит­ными токами или, что то же самое, касательными составляющими векторов и на поверхности SΣ.

При вычислении поля можно воспользоваться принципом суперпозиции: разбить поверхность SΣ на элементарные площадки ΔS, найти поле, создаваемое эквивалентными токами каждой площадки, а затем просуммировать полученные результаты.

Дифракцией называется отклонение света от прямолинейного распространения, огибание волнами препятствий. Дифракция заметна, если размеры препятствий сравнимы с длиной волны. Дифракция света всегда сопровождается интерференцией - чередованием светлых и темных мест для монохроматического света и цветных (все цвета радуги) - для белого света. Дифракция объясняется на основе принципа Гюйгенса-Френеля : каждая точка, до которой дошло возмущение, сама становится источником вторичных волн; вторичные волны когерентны; волновая поверхность в любой момент времени является результатом интерференции вторичных волн.

Различают два частных случая дифракции. Дифракцией Френеля называют дифракцию в сходящихся и расходящихся пучках. Дифракция Фраунгофера наблюдается в параллельных лучах. Условие параллельности падающих и дифрагированных лучей можно выполнить, помещая источник света и экран, на котором наблюдается картина дифракции, на большом удалении от препятствия, либо используя линзу, которая может преобразовать расходящийся пучок света в параллельный.

В 1690 г. Гюйгенсом был предложен способ находить положение волнового фронта1 в последующие моменты времени по его положению в данный момент.

Этот способ известен как принцип Гюйгенса и может быть сформулирован следующим образом: каждую точку волнового фронта можно рассматривать как источник вторичных элементарных сферических волн, распространяющихся в переднюю часть полупространства; новое положение волнового фронта совпа­дает с огибающей элементарных волн.

В качестве простого примера применения принципа Гюйгенса рассмотрим волновой фронт АВ на рис. 6. Условимся считать, что среда изотропна, т. е. скорость волн одинакова по всем направлениям. Чтобы найти положение волнового фронта спустя короткий промежуток времени Dt после того, как он занимал положение АВ, проведем окруж­ности радиусом . Центры этих окружностей лежат на исходном волновом фронте АВ, а сами окружности представляют собой элементарные волны Гюйгенса. Огибающая этих элементарных волн - линия CD – определяет новое положение волнового фронта. На рис.6в показано искривление волнового фронта при прохождении волны с плоским фронтом через малое отверстие. В результате дифракции волна заходит в область геометрической тени.

Принцип Гюйгенса позволяет лишь качественно изобразить картину дифракции. Френель дополнил принцип Гюйгенса положением о когерентности вторичных волн. Он предложил учитывать также мощность излучения вторичных источников. Принципом Гюйгенса-Френеля называют совокупность следующих утверждений.

1. Любой реальный источник света S 0 можно заменить системой фиктивных вторичных источников и возбуждаемых ими вторичных волн. В качестве этих источников можно выбрать малые участки волновой поверхности, охватывающей источник.

2. Вторичные источники, эквивалентные одному и тому же источнику S 0 , когерентны.

3. Мощности равных по площади вторичных источников, расположенных на волновой поверхности, одинаковы.

4. Каждый вторичный источник излучает свет преимущественно в направлении внешней нормали к поверхности. Амплитуды вторичных волн в других направлениях тем меньше, чем больше угол между нормалью и данным направлением, и равны нулю при угле, равном p/2.

Для упрощения расчета картин дифракции Френелем был предложен метод зон. Сущность метода зон Френеля рассмотрим на примере определения амплитуды электрического поля сферической волны, возбуждаемой точечным источником S 0 (рис. 7). Френель предложил разбивать сферическую волновую поверхность на кольцевые зоны так, чтобы расстояния от краев каждой зоны до точки наблюдения Р отличались на половину длины волны (напомним, что на волновой поверхности колебания происходят в одинаковой фазе). При таком разбиении каждому малому участку одной зоны найдется соответствующий участок соседней зоны, расстояния которых до точки наблюдения будут отличаться на l/2, и волны от этих участков будут приходить в точку наблюдения в противофазе и ослаблять друг друга. Поэтому и результирующие колебания, создаваемые в точке Р соседними зонами, будут противофазными, т.е. отличаться на p . Несложный расчет позволяет найти выражения для радиусов зон Френеля в зависимости от длины волны l , радиуса волновой поверхности а и расстояния b от волновой поверхности до точки наблюдения (рис. 7):

, (3)

где m – номер зоны Френеля.

Изменение фазы на противоположную можно представить как изменение знака амплитуды на противоположный, поэтому если амплитуду волны, пришедшей в Р от первой зоны Френеля, обозначить через Е 1 , то амплитуде волны, пришедшей от второй зоны, нужно приписать знак минус и обозначить ее как – Е 2 . Знак амплитуды волны от третьей зоны нужно снова сменить на противоположный. Таким образом, амплитуда результирующей волны в точке Р может быть найдена как алгебраическая сумма амплитуд волн от всех зон Френеля:

Как показывает расчет, площади построенных таким образом кольцевых зон примерно одинаковы. Однако из-за увеличения угла между нормалью к участкам поверхности зон и направлением на точку наблюдения абсолютные значения амплитуд монотонно уменьшаются с возрастанием номера зоны: Если записать предыдущее выражение в виде:

, (5)
то, считая, что выражения в скобках равны нулю, а число зон велико, получим, что результирующая амплитуда волны в точке наблюдения равна половине амплитуды волны от первой зоны:

Отсюда следует кажущийся парадоксальным вывод: если на пути света поставить экран Э с малым отверстием, открывающим только первую зону, то амплитуда волны в точке наблюдения возрастет в 2 раза, а интенсивность - в четыре1. Если отверстие в экране Э открывает две зоны, то в точке наблюдения произойдет наложение в противофазе волн от первой и второй зон и амплитуда будет очень малой. Таким образом, при дифракции Френеля на круглом отверстии в центре геометрической тени будет максимум или минимум в зависимости от числа открываемых этим отверстием зон Френеля (рис. 8).

Если на пути света поставить кольцевой экран, который закрывал бы четные зоны Френеля (на рис. 7 они заштрихованы), то амплитуда результирующей волны в точке Р резко возрастет. Действительно, в этом случае амплитуды от четных зон будут равны нулю, выбрасывая их из формулы (4), получаем: . Такой экран называют зонной пластинкой .

Если на пути луча света поставить непрозрачный диск , закрывающий не очень большое целое число зон Френеля, то в центре геометрической тени всегда будет максимум - светлое пятно, независимо от того, какое число зон закрыто - четное или нечетное. Действительно, если записать для данного случая результирующую амплитуду в т. Р (рис.7) в виде, аналогичном формуле (8), начиная с амплитуды m -ной зоны, получим: . На рис. 9 представлена тень от малого диска, осве­щаемого лазером. В центре наблюдается светлое пятно (пятно Пуассона). Видно также, что за пределами геометрической тени наблюдаются светлые и темные кольца. Это также результат дифракции на различных участках диска.

Отметим, что описываемые выше явления наблюдаются только при выполнении некоторых условий: свет должен быть монохроматическим; центр отверстия (диска) должен находиться на прямой, соединяющей источник с точкой наблюдения; края преграды должны быть гладкими (царапины должны быть меньше ширины ближайшей открытой зоны). Для выполнения последнего условия на отверстии (диске) должно укладываться небольшое число зон Френеля, так как ширина кольцевой зоны уменьшается с увеличением ее номера.

Метод зон позволил Френелю объяснить в рамках волновой теории прямолинейное распространение света. Как следует из формулы (3), размер первой зоны Френеля тем меньше, чем меньше длина волны. При а=b= 1 м и l=0,5 мкм радиус первой зоны равен 0,5 мм. Для того чтобы размещение на пути света экрана с отверстием не изменяло бы интенсивность в точке наблюдения, размер отверстия должен быть меньше размера первой зоны. В этом случае свет от источника в точку наблюдения распространяется как бы в пределах очень узкого канала, т.е. практически прямолинейно

Рис. 5.7

Пусть на щель шириной b нормально падает параллельный пучок света (рис. 5.7), имеющий плоскую волновую поверхность. Для определения результирующей амплитуды пучка, распространяющегося за щелью, будем разбивать открытую часть волновой поверхности, расположенной в плоскости щели на ряд параллельных полосок - зон. При угле дифракции j =0 волны от всех зон будут распространяться в одинаковой фазе, поэтому при j =0 наблюдается максимум. При некотором другом угле дифракции j , таком, что волновую поверхность можно будет разбить на две зоны так, что разность хода волн от краев (левых на рис. 5.7) соседних зон D будет равна l/2 , волны от этих зон будут взаимно гасить друг друга и при данном угле дифракции будет минимум. Значение угла j найдем из треугольника АВС : ВС/АВ= sinj или: . Отсюда получим условие первого минимума: b sinj=l. При значении угла дифракции, определяемом соотношением: , волновую поверхность можно разбить на три одинаковых по ширине зоны, так что разность хода от краев соседних зон будет равна l/2 . При этом волны от двух зон полностью погасят друг друга, а волна от третьей зоны будет не погашена и даст небольшой максимум. Нетрудно получить условие этого максимума: b sinj=3(l/2).

Таким образом, при увеличении угла дифракции можно последовательно разбивать площадь щели на четное и нечетное число зон. Общее условие максимумов (кроме нулевого) при дифракции от щели имеет вид:

, (5.3)

а условие минимумов:

J - угол дифракции, - период дифракционной решетки (расстояние между центрами соседних щелей), - число щелей, приходящихся на единицу длины решетки.

Дифракционная решетка раз­лагает белый свет в спектр. С ее помощью можно производить очень точные измерения длины волны

1 волновой фронт – это поверхность, разделяющая области пространства, до которых еще не дошло волновое возбуждение, от областей, вовлеченных в волновой процесс. Волновая поверхность – геометрическое место точек, колебания в которых происходят в одной фазе. По сути, волновой фронт – это самая первая волновая поверхность.

1 Ограничение светового пучка малым отверстием приведет к затемнению плоскости, в которой находится т. Р. Увеличение амплитуды происходит лишь в т. Р и в малой области вблизи нее.

Дифракцией называется огибание волнами препятствий, встречающихся на их пути, или в более широком смысле - любое отклонение распространения волн вблизи препятствий от законов геометрической оптики. Благодаря дифракции волны могут попадать в область геометрической тени, огибать препятствия, проникать через небольшие отверстия в экранах и т.

Д. Например, звук хорошо слышен за углом дома, т. е. звуковая волна его огибает.

Явление дифракции объясняется с помощью принципа Гюйгенса (см. § 170), согласно которому каждая точка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн задает положение волнового фронта в следующий момент времени.

Пусть плоская волна нормально падает на отверстие в непрозрачном экране (рис. 256). Согласно Гюйгенсу, каждая точка выделяемого отверстием участка волнового фронта служит источником вторичных волн (в однородной изотропной среде они сферические). Построив огибающую вторичных волн для некоторого момента времени, видим, что фронт волны заходит в область геометрической тени, т. е. волна огибает края отверстия.

Явление дифракции характерно для волновых процессов. Поэтому если свет является волновым процессом, то для него должна наблюдаться дифракция, т. е. световая волна, падающая на границу какого-либо непрозрачного тела, должна огибать его (проникать в область геометрической тени). Из опыта, однако, известно, что предметы, освещаемые светом, идущим от точечного источника, дают резкую тень и, следовательно, лучи не отклоняются от их прямолинейного распространения. Почему же возникает резкая тень, если свет имеет волновую природу? К сожалению, теория Гюйгенса ответить на этот вопрос не могла.

Принцип Гюйгенса решает лишь задачу о направлении распространения волнового фронта, но не затрагивает вопроса об амплитуде, а следовательно, и об интенсивности волн, распространяющихся по разным направлениям. Френель вложил в принцип Гюйгенса физический смысл, дополнив его идеей интерференции вторичных волн.

Согласно принципу Гюйгенса - Френеля, световая волна, возбуждаемая каким-либо источником S, может быть представлена как результат суперпозиции когерентных вторичных волн, «излучаемых» фиктивными источниками. Такими источниками могут служить бесконечно малые элементы любой замкнутой поверхности, охватывающей источник S. Обычно в качестве этой поверхности выбирают одну из волновых поверхностей, поэтому все фиктивные источники действуют синфазно. Таким образом, волны, распространяющиеся от источника, являются результатом интерференции всех когерентных вторичных волн. Френель исключил возможность возникновения обратных вторичных волн и предположил, что если между источником и точкой наблюдения находится непрозрачный экран с отверстием, то на поверхности экрана амплитуда вторичных волн равна нулю, а в отверстии - такая же, как при отсутствии экрана.

Учет амплитуд и фаз вторичных волн позволяет в каждом конкретном случае найти амплитуду (интенсивность) результирующей волны в любой точке пространства, т. е. определить закономерности распространения света. В общем случае расчет интерференции вторичных волн довольно сложный и громоздкий, однако, как будет показано ниже, для некоторых случаев нахождение амплитуды результирующего колебания осуществляется алгебраическим суммированием.