Дифракцией называется огибание волнами препятствий, соизмеримых с длиной волны, встречающихся на их пути, или в более широком смысле — любое отклонение распространения волн от законов геометрической оптики вблизи любых неоднородностей (препятствий).
Ультразвук представляет собой упругие продольные волны, с частотами n >20 кГц. В данной работе для генерации ультразвука используется явление обратного пьезоэлектрического эффекта, который заключается ввозникновении в керамической пластинке (из титаната бария – BaTiO3) механических колебаний под действием приложенного к ней переменного электрического напряжения ультразвуковой частоты.
При резонансе на собственной частоте пластинка получает большие амплитуды колебаний и, следовательно, большие интенсивности излучаемой ультразвуковой волны[1].
Пластинка прикреплена к боковой стенке плоскопараллельной стеклянной кюветы, заполненной жидкостью. Излучающая поверхность пластинки параллельна противоположной стенке кюветы и соприкасается с жидкостью. Излучаемая пластинкой волна и волна, отраженная от противоположной стенки кюветы, могут, интерферируя, образовать продольную стоячую волну. Образование устойчивой стоячей волны приводит к периодическим сгущениям и разряжениям в определенных местах жидкости. Так как показатель преломления увеличивается с увеличением плотности, то в местах сгущений он будет больше, в местах разряжений — меньше. Таким образом, в оптическом отношении жидкость с возбужденными в ней стоячими волнами представляет собой объёмную периодическую структуру. Свет, проходящий через такую структуру, будет испытывать дифракцию. При прохождении света сквозь стоячую ультразвуковую волну амплитуда световых волн практически не меняется. Различие показателей преломления в местах сжатия (п1) и разряжения (п2) приводит к образованию оптической разности хода между лучами
,
где l — геометрическая длина пути луча в жидкости.
Так как разность хода связана с разностью фаз соотношением
,
то места сгущений можно считать источниками световых волн с одной фазой, места разряжений — с другой. Рассмотренная периодическая структура получила название ультраакустической фазовой решётки.
На рис.1 представлена простейшая синусоидальная фазовая решетка в виде плоскопараллельного слоя прозрачного вещества с периодически изменяющимися (по синусоидальному закону) длинами оптического пути для падающих на решетку световых волн.
Период фазовой решетки 
равен расстоянию между ближайшими сжатиями или разряжениями, т.е. длине ультразвуковой волны 
.
Если на фазовую решётку направить монохроматический свет с плоским фронтом волны (рис.1), то на выходе ультраакустической фазовой решетки фронт волны станет синусоидальным. Оптическая разность хода лучей, идущих из соседних точек одинаковой фазы фронта прошедшей световой волны равна 
.
 |
Рис.1. Фазовая решётка. Ход световых лучей и распределение
интенсивности на экране.
В фокальной плоскости собирающей линзы можно наблюдать дифракционную картину. Положения дифракционных максимумов определяются из условия:
, (1)
где L - длина ультразвуковой волны, l - длина световой волны,
j - угол дифракции, m - порядок спектра (m = 0, ± I, ± 2,...).
Значение 
можно найти, зная фокусное расстояние F линзы и измерив расстояние 
xm между двумя максимумами m -го порядка (от 
до 
). Так как угол j мал, то
. (2)
Расстояние между максимумами 
и 
порядков определяется с помощью отсчетного микроскопа как половина произведения цены деления (с)окулярного микроскопа на число делений (n) его шкалы, укладывающихся между максимумами (-m) и (+m) порядков:
. (3)
Решая совместно (1), (2) и (3) относительно L, получим:
, (4)
где 
-длина световой волны; F - фокусное расстояние линзы.
Зная длину ультразвуковой волны L и частоту n УЗГ, можно определить скорость ультразвука в жидкости:
. (5)