Краткие теоретические сведения

Явление дифракции света, так же, как и явление интерференции света, объясняется волновой природой света. Дифракцией света называется явление огибания светом краёв преград, отклонение от прямолинейного распространения и проникновение света в область геометрической тени. Дифракция света, как и интерференция, приводит к перераспределению интенсивности излучения в пространстве; к возникновению дифракционных полос или спектров. При расчете дифракционной картины пользуются принципом Гюйгенса - Френеля.

Принцип Гюйгенса:каждая точка фронта волны является самостоятельным источником вторичных световых волн. Фронт волны -геометрическое место точек среды, которых в данный момент времени достигли колебания. Принцип Френеля:фронт волны нужно разбить на зоны так, чтобы оптическая разность хода световых волн от двух соседних зон была равна половине длины волны света. Эти зоны называются зонами Френеля. Световые волны от соседних зон Френеля в точку наблюдения приходят в противофазе и взаимно гасят друг друга. По числу зон Френеля, открываемых отверстием или закрываемых преградой, определяют интенсивность света на экране. Количество зон Френеля является критерием проявления дифракции, т.е. определяет условия возникновения дифракции: дифракция света наблюдается, если экран перекрывает, а отверстие открывает небольшое число зон Френеля.

Размеры зон Френеля зависят от длины волны света от расстояний от источника света до преграды и от преграды до экрана. В лабораторных условиях размеры зон Френеля соизмеримы с длиной световой волны, поэтому преграды также должны иметь размеры, соизмеримые с длиной волны света.

Дифракцию света можно наблюдать с помощью дифракционной решетки

Дифракционная решетка – набор щелей и преград.Дифракционную решетку можно получить, нанося алмазом на стекле на равном и очень малом расстоянии друг от друга прямолинейные бороздки. Решетки различают отражательные и работающие на пропускание. Главными характеристиками дифракционной решетки являются период решетки d (сумма ширины щели а и преграды b, т. е. )и общее число штрихов N. Лучшие решетки имеют до 1600 штрихов/мм и N = 200000 штрихов.

Рассмотрим дифракцию света на дифракционной решетке. Пусть дифракционная решетка освещается пучком параллельных лучей, перпендикулярных к ее плоскости, как

Если разность хода лучей равна нечетному числу длин полуволн, то на экране такие лучи встречаются в противофазе и гасят друг друга. Если же разность хода двух волн равна целому числу длин волн, то в таких точках экрана выполняются условия главных максимумов:

(2),

где k = 0, 1, 2, 3...

Под углами , соответствующими условию (2), на экране располагаются главные максимумы. Между главными максимумами лежат (N - 1) минимумов и (N - 2) дополнительных или побочных максимумов, как показано на рис. 1, б для решетки с N = 5. Условия минимумов при дифракции на решетке (3),

где k = 1, 2, 3..., кроме k = N, 2N, 3N...

Дифракционная картина, получаемая от дифракционной решетки при прохождении монохроматического пучка лучей, представляет собой ряд светлых полос убывающей интенсивности, расположенных по обе стороны от центральной максимально светлой полосы ( ).

При освещении решетки белым светом в центре экрана при k = 0лежит центральная белая полоса. При k = ± 1, ± 2... располагаются спектры 1-го, 2-го... порядков. Чем больше число штрихов решетки, тем резче и ярче главные максимумы, тем слабее дополнительные максимумы, так что на экране видны главные максимумы, разделенные широкими, практически темными промежутками.

Из формулы (2) следует также, что лучи с большей длиной волны (например, красные) будут сильнее отклоняться, нежели лучи с меньшей длиной волны (например, синие), Следовательно, расположение цветов в дифракционном спектре, обратное расположению цветов в призматическом спектре: каждый дифракционный спектр обращен к центральной светлой полосе своей коротковолновой (например, фиолетовой) стороной.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: