Дифракция света - это совокупность явлений, обусловленных волновой природой света и наблюдаются в средах с резкими неоднородностями
(например, при прохождении света через отверстия, вблизи границ непрозрачных тел и т.п.). Дифракция, в частности, приводит к огибания световыми волнами препятствий и проникновение света в область геометрической тени. Для наблюдения дифракции необходимо, чтобы размеры препятствий были соизмеримы с длиной волны света.
Проникновение света в область геометрической тени объясняет принцип Гюйгенса: каждая точка фронта волны является источником вторичной сферической волны, положение фронта волны в следующий момент определяется огибающей фронтов всех вторичных волн. Принцип Гюйгенса не позволяет найти интенсивность дифрагированного волны. Этот недостаток устранил Френель, который дополнил принцип Гюйгенса представлением о интерференцию вторичных волн.
Пусть S - волновая поверхность света, распространяющегося от некоторого источника. Каждый элемент поверхности служит источником вторичной волны. При этом считается, что вторичные волны от всех элменты - когерентны. От каждого элемента поверхности dS в точку Р приходит колебания.
Здесь - амплитуда и фаза колебания в месте нахождения волновой поверхности S, k - волновое число, r - расстояние от элемента dS до точки Р. Коэффициент зависит от ориентации элемента dS относительно r. Результирующее колебание в точке Р, согласно Френелем, является суперпозицией колебаний всей волновой поверхности S.
Формула является аналитическим выражением принципа Гюйгенса-Френеля.
В ряде дифракционных задач, имеющих осевую симметрию, расчет интерференции вторичных волн упрощается с помощью разбиения фронта волны на кольцевые зоны Френеля. Разбивка на зоны производится таким образом, что оптическая разность хода от соответствующих точек каждой пары соседних зон до точки наблюдения Р равно. Вторичные волны от соответствующих точек двух соседних зон приходят в точку Р в противофазе и ослабляют друг друга при наложении.
Дифракционная картина в этом случае имеет вид концентрических светлых и темных колец. В центре картины при произвольном N (четные или нечетные) наблюдается светлое пятно (пятно Пуассона). При увеличении размеров диска величина амплитуды будет уменьшаться. В конце концов при достаточно больших размерах диска и. При этом в точке Р будет темное пятно - геометрическая тень.
Таким образом, законы геометрической оптики можно применять в тех случаях, когда размеры препятствий и отверстий больших по сравнению с длиной волны света.