ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА Презентацию подготовил Студент группы ФБ – 21 Нургалиев Радмир
Дифракционная решётка — оптический прибор, работающий по принципу дифракции света, представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (щелей, выступов), нанесённых на некоторую поверхность. Первое описание явления сделал Джеймс Грегори, который использовал в качестве решётки птичьи перья Джеймс Грегори
Виды решёток Отражательные: Штрихи нанесены на зеркальную (металлическую) поверхность, и наблюдение ведется в отражённом свете Прозрачные: Штрихи нанесены на прозрачную поверхность (или вырезаются в виде щелей на непрозрачном экране), наблюдение ведется в проходящем свете. Дифракционная решетка Отражательная решетка Прозрачная решетка, а за ней лампа
Описание явления Так выглядит свет лампы накаливания фонарика, прошедший через прозрачную дифракционную решётку. Нулевой максимум (m=0) соответствует свету, прошедшему сквозь решётку без отклонений. В силу дисперсии решётки в первом (m=± 1) максимуме можно наблюдать разложение света в спектр. Угол отклонения возрастает с ростом длины волны (от фиолетового цвета к красному) Фронт световой волны разбивается штрихами решётки на отдельные пучки когерентного света. Эти пучки претерпевают дифракцию на штрихах и интерферируют друг с другом. Так как для разных длин волн максимумы интерференции оказываются под разными углами (определяемыми разностью хода интерферирующих лучей), то белый свет раскладывается в спектр.
Формулы Расстояние, через которое повторяются штрихи на решётке, называют периодом дифракционной решётки. Обозначают буквой d. Если известно число штрихов (N), приходящихся на 1 мм решётки, то период решётки находят по формуле: d = 1 / N мм. Условия интерференционных максимумов дифракционной решётки, наблюдаемых под определёнными углами, имеют вид: где d — период решётки, α — угол максимума данного цвета, k — порядок максимума, то есть порядковый номер максимума, отсчитанный от центра картинки, λ — длина волны. Если же свет падает на решётку под углом θ, то:
Характеристики Одной из характеристик дифракционной решётки является угловая дисперсия. Предположим, что максимум какого-либо порядка наблюдается под углом φ для длины волны λ и под углом φ+Δφ — для длины волны λ+Δλ. Угловой дисперсией решётки называется отношение D=Δφ/Δλ. Выражение для D можно получить если продифференцировать формулу дифракционной решётки Таким образом, угловая дисперсия увеличивается с уменьшением периода решётки d и возрастанием порядка спектра.
Применение Дифракционную решётку применяют в спектральных приборах, также в качестве оптических датчиков линейных и угловых перемещений (измерительные дифракционные решётки), поляризаторов и фильтров инфракрасного излучения, делителей пучков в интерферометрах и так называемых «антибликовых» очках. Спектральный прибор Оптический датчик
Исследование спектра света с помощью дифракционной решётки. В следующем эксперименте будем изучать немонохроматический свет. В этом случае угол дифракции будет зависеть от длины волны света и следовательно вместо интерференционных максимумов возникнут спектры излучения в разных порядках. Это свойство дифракционной решётки может быть использовано для изучения спектра различных оптических излучений.
На рисунке представлена классическая схема дифракции Фраунгофера света люминесцентной лампы на дифракционной решётке. Свет лампы B проходит через узкую щель, расположенную в фокусе линзы L 1. После линзы формируется параллельный пучок света, который падает на пропускающую дифракционную решётку DG. За счёт дифракции света на каждой щели решётки и интерференции волн от всех щелей за решёткой возникает набор плоских волн, отличающихся длиной волны. Свет с длиной волны λ будет распространяться в направлении φ в соответствии с формулой dsinφ = mλ, где m - положительное целое число, которое имеет смысл порядка спектра. m равно разнице хода лучей от двух соседних щелей, отнесённых к длине волны. Так в первом порядке спектра разность хода света от двух соседних щелей равна λ. Разложенный на спектральные составляющие свет попадает далее на линзу L 2, которая фокусирует его на экране S, расположенным в её фокальной плоскости. В центре экрана мы видим белую линию, соответствующую изображению щели в нулевом порядке спектра. Далее симметрично вверх и вниз экрана идут цветные полосы, которые соответствуют спектральным составляющим света лампы. Группы линий повторяются, что соответствует интерференции в первом порядке спектра, во втором, и т. д. Качество решётки определяется её разрешающей способностью R=λ/δλ=m. N, где λ - длина волны света, δλ - две ближайшие спектральные линии, которые ещё можно различить на экране, m - порядок спектра, N - число штрихов решётки, задействованных в дифракции (которые попадают в световое пятно).
Разложение света по спектральным составляющим можно наблюдать и без использования линз. Для этого понадобится фотоаппарат PH и дифракционная решётка DG-2/1 -4000. Сфокусируем фотоаппарат на удалённую щель и разместим перед объективом дифракционную решётку. На матрице (или плёнке) фотоаппарата сфокусируются одна белая и множество цветных линий, которые соответствуют спектральным составляющим излучения лампы. Спектры повторяются в высших порядках, но не перекрываются. Чем выше порядок спектра, тем большее разрешение дифракционной решётки мы можем достигнуть. На фотографии ниже показан спектр излучения лампы дневного света. Спектр имеет линейчатый характер. Мы легко различаем две зелёные линии, отличающиеся по длине волны примерно на 4 нм, а также видим серию красных линий в спектре. Разрешение в данном эксперименте ограничивалось размером решётки, попадающих в апертуру объектива, и составляло около 600 в первом порядке спектра.
Скачать презентацию ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА подготовил Студент группы ФБ
Дифракционная решетка.pptx