Урок 57/12

Урок 26/02 Дифракція світла. Дифракційні ґратки.    

Наявність чіткої тіні за освітленим об'єктом уявлялась вагомим доказом прямолінійного поширення світла. Проте, чим далі від об'єкта знаходиться його тінь, тим більш розпливчастими стають її обриси. З одного боку, світло проникає в область геометричної тіні, з іншого боку — ослаблення освітленості спостерігається в тих частинах простору, де тіні, здавалося б, не повинно бути.

Коли на шляху пучка світла поставити невелике непрозоре тіло, розміри якого порівнювані з довжиною світлової хвилі, то світло, огинаючи краї цього тіла, буде відхилятися від прямолінійного поширення.

Явище огинання механічними хвилями перешкод ми спостерігали багато разів у житті. Так, морські хвилі вільно огинають камінь з води. За каменем хвилі поширюються так, ніби його й не було. Здатність до огинання перешкоди мають і звукові хвилі. Ми можемо чути сигнал автомобіля за рогом будинку, коли самого автомобіля ще не видно.

Дифракція — це порушення прямолінійності поширення хвиль під час проходження повз перешкоду або крізь отвір.

Дифракція світла визначає межі застосовності геометричної оптики. Виявляється, закон прямолінійного поширення світла й інші закони геометричної оптики виконуються досить точно лише в тому випадку, коли розміри перешкод на шляху поширення світла набагато більші за довжину світлової хвилі. Огинання світлом перешкод обмежує розділювальну здатність найважливіших оптичних інструментів — телескопа й мікроскопа.

Дифракційна решітка — скляна тонка пластинка, на яку нанесено паралельні штрихи з проміжками між ними.

Ширина щілини й штриха позначається d і називається сталою решітки (або періодом решітки).

Дифракційна решітка служить для розкладання світла в спектр і вимірювання довжини хвилі. Якщо на дифракційну решітку падає плоска монохроматична хвиля довжиною λ, то відповідно до принципу Гюйгенса — Френеля кожну точку фронту хвилі можна прийняти за джерело вторинних хвиль, які поширюються в усі боки. Хвилі, що йдуть від решітки у напрямі нормалі до решітки, мають однакові фази. Лінзою вони зведуться в одну точку, де в результаті інтерференції амплітуди цих хвиль додадуться. У цій точці буде спостерігатися вузька смужка монохроматичного світла.

 Хвилі, що йдуть під яким-небудь кутом φ у напрямі нормалі до решітки і мають сталу різницю фаз, також будуть зведені в одній точці (й у симетричній їй), де вони будуть інтерферувати.

Умова спостереження дифракційного максимуму:

d sіnφ = kλ, де k = 0 , 1, 2, ... .

Звідси випливає, що положення максимумів світла залежить не від числа щілин, а тільки від довжини хвилі. Чим менша довжина хвилі випромінювання, тим меншому значенню кута відповідає положення максимуму. Таким чином, видиме оптичне випромінювання розтягається в спектр так, що внутрішнім краєм його є фіолетове оптичне випромінювання, а зовнішнім — червоне. Значення k = 0 відповідає максимуму за напрямом φ = 0 для всіх довжин хвиль. Тому нульовий спектр являє собою біле зображення щілини.

Д/з

§31 читати, підготуватися до лабораторної роботи, розв’язати

1.     Знайдіть найбільший порядок спектра для жовтої лінії натрію з довжиною хвилі 589 нм, якщо період дифракційної решітки 2 мкм.

2.     Дифракційну решітку освітлюють монохроматичним світлом довжиною хвилі 600 нм. На екрані, віддаленому від решітки на 2,5 м, відстань між нульовим і першим максимумами дорівнює 4 см. Знайдіть період дифракційної решітки.