Дифракция в параллельных лучах

Дифракциясвета – это огибание световыми волнами препятствий. Препятствиями служат узкие щели, малые отверстия, непрозрачные экраны. При этом размер препятствия d сравним с λ длиной волны.d λ. Дифракция света объясняется на основе принципа Гюйгенса-Френеля: Любая точка пространства, до которой дошло колебание, становится источником вторичных когерентных волн.

Интерференция этих волн определяет освещенность в данной точке экрана (пространства). Дифракционная картина – чередование светлых и темных полос.

Дифракция в параллельных лучах наблюдается на щели и на дифракционной решетке. Пусть ширина щели b, на щель падает плоская волна. Согласно принципу Гюйгенса, каждая точка щели порождает вторичную сферическую волну. За щелью помещают собирающую линзу, а в фокальной плоскости этой линзы – экран (рис.19.1). Тогда волны одного направления собираются в определенной точке экрана. Эти волны когерентны и при наложении интерферируют. Результат их интерференции и определяет распределение интенсивности на экране. Дифракционная картина от щели представляет собой чередование светлых и темных полос (максимума и минимума освещенности). Условие минимума при дифракции от щели:

(19.1)

Условие максимума при дифракции от щели:

(19.2)

Система узких параллельных щелей, разделенных непрозрачными промежутками, называется дифракционной решеткой. Обычно решетки изготовляются с помощью специальной делительной машинки, наносящей на стеклянной пластине параллельные штрихи. Число штрихов доходит до нескольких тысяч на 1 мм. Бывают также отражательные решетки. Они представляют собой чередующиеся участки, отражающие свет и рассеивающие его. Рассеивающие свет штрихи наносятся резцом на отшлифованной металлической пластине. Если ширина прозрачных щелей (или отражающих полос) b, а ширина непрозрачных промежутков а, то величина называется периодом (или постоянной) решетки (рис.19.2). Каждая точка каждой щели дифракционной решетки посылает вторичные сферические волны. Когерентные лучи одного направления фокусируются с помощью линзы в определенной точке экрана. Распределение интенсивности на экране определяется двумя явлениями: 1) дифракцией на каждой щели и 2) наложением когерентных пучков от всех щелей (многолучевая интерференция). Картина представляет собой систему узких и ярких полос, называемых главными максимумами, на темном фоне. Вторичные максимумы слабы по сравнению с главными и практически не видны. Положение главных максимумов определяется условием: (20.3)

где m = 0,1,2,3 - порядок главных максимумов

Из соотношения (20.3) видно, что угол дифракции зависит от длины волны: (20.4)

Так как , то при . Из этого следует, что при освещении решетки белым светом, все максимумы, кроме максимума нулевого порядка, представляют собой спектры, фиолетовым концом обращенные к максимуму нулевого порядка (рис.20.3). Следовательно, решетка разлагает сложный свет по длинам волн. Поэтому дифракционную решетку используют как спектральный прибор и для точного измерения длин волн.

Поиск по сайту: