Теоретические сведения. Дифракцией называется огибание волнами препятствий, встречающихся на их пути

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

Явление дифракции объясняется с помощью принципа Гюйгенса-Френеля, согласно которому каждая точка, до которой доходит волна, служит источником вторичных волн, а огибающая этих волн задаёт положение волнового фронта в следующий момент времени. Эти источники когерентны, а волновое возмущение в любой точке пространства можно рассматривать как результат интерференции вторичных волн от этих источников.

Дифракционная решетка - спектральный прибор, служащий для разложения света в спектр и определения длины волны. Она может представлять собой стеклянную пластинку, на которой алмазным остриём нанесен ряд параллельных штрихов с промежутками между ними. Хорошие дифракционные решетки содержат до 2000 штрихов на 1 мм.

Рассмотрим решетку, в которой щели шириной чередуются с непрозрачными участками шириной . Обе эти величины определяют одну из главных характеристик решетки - её период: , иначе называемой постоянной решётки. Пусть на решётку падает параллельный пучок света, который дифрагирует на щелях - рис. 1. Получившуюся дифракционную картину можно наблюдать в фокальной плоскости линзы, на которую падает дифрагированный пучок (например, на хрусталик глаза).

Допустим, что свет дифрагирует на щелях решетки под углом . Разность хода двух лучей, идущих от соответствующих точек соседних щелей, определяется выражением . В тех направлениях (т.е. для таких углов ), для которых разность хода равна чётному числу полуволн, наблюдается интерференционный максимум:

(k = 0,1,2,...), (1) где k- порядковый номер спектра.

Анализ написанного соотношения даёт много полезного. Из него видно, что различным длинам волн соответствуют разные углы, на которых наблюдаются интерференционные максимумы. На этом основано главное свойство дифракционной решетки -разложение падающего на неё немонохроматического, к примеру белого, света в спектр. При освещении решетки белым светом только максимум нулевого порядка имеет белый цвет, т.к. при k = 0 = 0 для всех длин волн. Симметрично относительно спектра нулевого порядка располагаются спектры первого, второго и последующих порядков. Из-за того, что длина волны синего света меньше длины волны красного света, получается, что дифракционный угол для синего света меньше, чем для красного. Поэтому всегда в спектре красные линии расположены дальше синих от центра дифракционной картины.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ

Если лампу накаливания поставить за непрозрачным экраном таким образом, чтобы её нить была расположена напротив узкой щели, рис.2, то при рассматривании щели через дифракционную решетку мы увидим симметрично расположенные по обе стороны от щели по две сплошные разноцветные полосы - дифракционные спектры. Возникновение этих спектров объясняется явлением дифракции света на системе прозрачных полос - щелей дифракционной решетки. При таком способе наблюдения спектра роль линзы, собирающей в одну точку параллельный пучок световых лучей, идущих под углом от дифракционной решетки, выполняет оптическая система глаза человека, а роль экрана, на котором получается спектр,- сетчатка глаза (рис.3).

Если (мм) - отклонение данного луча (например, красного)от отверстия на подвижном экране, - расстояние от подвижного экрана до дифракционной решетки, - угол, под которым виден данный луч, то (т.к. угол мал). Подставляя в формулу (1), получим . (2)

d берется по паспорту дифракционной решетки.

Дата добавления: 2015-06-04