Большая Советская Энциклопедия (ФР)

Френель Огюстен Жан

Френе'ль (Fresnel) Огюстен Жан (10.5.1788, Брольи, — 14.7.1827, Виль-д'Авре, близ Парижа), французский физик, один из основателей волновой оптики, член Парижской АН (с 1823). Родился в семье архитектора. Окончил Политехническую школу (1806) и Школу дорог и мостов (1809) в Париже. Работал инженером по ремонту дорог. В период 100 дней за участие в военных действиях против Наполеона был отстранен от работы. К этому периоду относятся первые серьезные работы Ф. по оптике. В конце 1815 он был восстановлен в должности и по ходатайству Д. Ф. Араго и П. С. Лапласа в 1818 переведён в Париж, где занимался реорганизацией маяков, предложил принципиально новый способ маячного освещения (см. Френеля линза ). В 1815—23 Ф. выполнил классические исследования дифракции и поляризации света. Ф. создал теорию дифракции (независимо от Т. Юнга), положив в основу принцип Гюйгенса и дополнив его фундаментальной идеей об интерференции элементарных волн (см. Гюйгенса — Френеля принцип ). Он объяснил на основе этого принципа законы геометрической. оптики, в частности — прямолинейный характер распространения света. Им создан приближённый метод расчёта дифракционной картины, основанный на разбиении волнового фронта на зоны (зоны Френеля ), и впервые рассмотрена дифракция от края экрана и круглого отверстия. Ф. — автор опытов с бизеркалами (1816) и бипризмами (1819), ставшими классическими методами демонстрации интерференционных явлений (см Френеля зеркала ). Он впервые объяснил поляризационные явления, приняв в качестве основной гипотезу о поперечности световых волн (1818, независимо от Юнга), и установил количественные законы явления поляризации света при его отражении и преломлении (Френеля формулы , 1823). Высказанные Ф. идеи о неподвижном эфире и коэффициенте увлечения световых волн легли в основу электродинамики движущихся сред Х. А. Лоренца . Член Лондонского королевского общества (с 1825).

Соч.: CEuvres compl`etes..., t. 1—3, P., 1866—70; в рус. пер. — Избр. труды по оптике, М., 1955.

Лит.: Boutry G. A., Augustin Fresnel: his time, life and work, L.,[1949]; Кудрявцев П. С., История физики, [2 изд.], т.1, М., 1956; Льоцци М., История физики, пер. с итал., М., 1970.

Я. М. Гельфер.

О. Ж. Френель.

Френеля дифракция

Френе'ля дифра'кция, дифракция сферической световой волны на неоднородности (например, отверстии), размер которой сравним с диаметром одной из зон Френеля . Название дано в честь изучившего этот вид дифракции О. Ж. Френеля . Подробнее см. в ст. Дифракция света .

Френеля зеркала

Френе'ля зеркала', бизеркала Френеля, оптическое устройство, предложенное в 1816 О. Ж. Френелем для наблюдения явления интерференции когерентных световых пучков. Устройство состоит из двух плоских зеркал I и II , образующих двугранный угол, отличающийся от 180° всего на несколько угловых мин (см. рис. 1 в ст. Интерференция света ). При освещении зеркал от источника S отражённые от зеркал пучки лучей можно рассматривать как исходящие из когерентных источников S₁ и S₂ , являющихся мнимыми изображениями S . В пространстве, где пучки перекрываются, возникает интерференция. Если источник S линеен (щель) и параллелен ребру Ф. з., то при освещении монохроматическим светом интерференционная картина в виде параллельных щели равностоящих тёмных и светлых полос наблюдается на экране М , который может быть установлен в любом месте в области перекрытия пучков. По расстоянию между полосами можно определить длину волны света. Опыты, проведённые с Ф. з., явились одним из решающих доказательств волновой природы света.

Лит.: Захарьевский А. Н., Интерферометры, М., 1952; Нагибина И. М., Интерференция и дифракция света, Л., 1974.

Френеля интегралы

Френе'ля интегра'лы, интегралы вида

и

введённые О. Ж. Френелем при решении задач дифракции света . Несобственные Ф. и. равны S (yen) = С (yen) = ¹ /₂ . Таблицы Ф. и. приводятся во многих справочниках (например, Янке Е., Эмде Ф., Лёш Ф., Специальные функции, перевод с немецкого, 2 изд., 1968).

Френеля линза

Френе'ля ли'нза, сложная составная линза, применяемая в маячных и сигнальных фонарях. Предложена О. Ж. Френелем . Состоит не из цельного шлифованного куска стекла со сферическими или иными поверхностями, как обычные линзы, а из отдельных примыкающих друг к другу концентрических колец небольшой толщины, которые в сечении имеют форму призм специального профиля (рис. ). Эта конструкция обеспечивает малость толщины (а следовательно, и массы) Ф. л. даже при большом угле охвата. Сечения колец таковы, что сферическая аберрация Ф. л. невелика, и лучи света от точечного источника S , помещенного в фокусе Ф. л., после преломления в кольцах выходят практически параллельным пучком (в кольцевых Ф. л.).

Ф. л. бывают кольцевыми и поясными. Первые представляют собой систему, получаемую вращением изображенного на рис . профиля вокруг оптической оси SO ; они направляют световой поток в каком-либо одном направлении. Поясные Ф. л. получают вращением этого же профиля вокруг оси ASA' , перпендикулярной SO ; они посылают свет от источника по всем горизонтальным направлениям. Диаметр Ф. л. — от 10—20 см до нескольких м .

Сечение кольцевой линзы Френеля. В центе линзы — кольца, наружные поверхности к-рых являются частями тороидальных поверхностей. По краям линзы — кольца, где, помимо преломления, происходит полное внутреннее отражение.

Френеля формулы

Френе'ля фо'рмулы определяют отношения амплитуды, фазы и состояния поляризации отражённой и преломленной световых волн, возникающих при прохождении света через неподвижную границу раздела двух прозрачных диэлектриков, к соответствующим характеристикам падающей волны. Установлены О. Ж. Френелем в 1823 на основе представлений об упругих поперечных колебаниях эфира . Однако те же самые соотношения — Ф. ф. следуют в результате строгого вывода из электромагнитной теории света при решении Максвелла уравнений и отождествлении световых колебаний с колебаниями вектора напряжённости электрического поля в световой волне, с которыми связано большинство эффектов волновой оптики.

Пусть плоская световая волна падает на границу раздела двух сред с преломления показателямиn₁ и n₂ . Углы j, j'' и j"' есть соответственно углы падения, отражения и преломления, причём всегда n₁ sinj = n₂ sinj"' (закон преломления) и ½j½ = ½j'½ (закон отражения). Электрический вектор падающей волны разложим на составляющую с амплитудой А_р , параллельную плоскости падения, и составляющую с амплитудой A_s , перпендикулярную плоскости падения. Аналогично разложим амплитуды отражённой волны на составляющие R_p и R_s , а преломленной волны — на D_p и D_s . Ф. ф. для этих амплитуд имеют вид:

(1)

Из (1) следует, что при любом значении углов j и j"' знаки A_p и D_p , а также знаки A_s и D_s совпадают. Это означает, что совпадают и фазы, т. е. во всех случаях преломленная волна сохраняет фазу падающей. Для компонент отражённой волны (R_p и R_s ) фазовые соотношения зависят от j, n₁ и n₂ . Так, если j = 0, то при n₂ > n₁ фаза отражённой волны сдвигается на p.

В экспериментах обычно измеряют не амплитуду световой волны, а её интенсивность, т. е. переносимый ею поток энергии, пропорциональный квадрату амплитуды (см. Пойнтинга вектор ). Отношения средних за период потоков энергии в отражённой и преломленной волнах к среднему потоку энергии в падающей волне называется коэффициентом отражения r и коэффициентом прохождения d . Из (1) получим Ф. ф., определяющие коэффициент отражения и прохождения для S– и р– составляющих падающей волны:

(2)

При отсутствии поглощения светаr_s + d_s = 1 и r_p + d_p = 1, в соответствии с законом сохранения энергии. Если на границу раздела падает естественный свет (см. Поляризация света ), т. е. все направления колебаний электрического вектора равновероятны, то половина энергии волны приходится на р– колебания, а вторая половина — на S– колебания; полный коэффициент отражения в этом случае: