Studiul difracției luminii de la o rețea de difracție
Obiectiv: studierea modelului de difracție din grila de difracție în lumina transmisă; Determinarea grilajului de difracție constantă și a lungimii de undă a luminii monocromatice.
Dispozitive și accesorii: locul de muncă al elevului PMC 3, care include: o bancă optică (placă de montare); sursa de lumina (laser); diafragmă cu o fantă (obstacol pentru difracție); curățarea difracției, ecranul cu grilă milimetrică.
Întâmpinând obstacole în calea lor, undele luminoase se pot abate de la direcția rectilinie a propagării în regiunea umbrei geometrice. Orice abateri în propagarea valurilor din legile optice geometrice se numesc difracție (cu excepția cazului de refracție a luminii la interfața dintre două medii cu densități optice diferite). Pentru a difracției de undă, de fapt, toate efectele care apar atunci când undele interacționează cu obiecte de orice dimensiune, chiar mici, comparativ cu lungimea undei de difracție, sunt de fapt incluse.
De mare importanță practică este difracția luminii atunci când aceasta se încadrează pe o rețea de difracție. În cel mai simplu caz, grila de difracție este un sistem de fante paralele separate prin intervale opace de lățime egală.
În Fig. 1 prezintă principalele caracteristici ale grilajului de difracție.
distribuția intensității luminii în modelul de difracție se determină prin interferența undelor secundare care ajung la punctul de observație din diferite fante ale grătarului de difracție. Cel mai adesea, pentru a observa difracție privind condițiile când grătarul de difracție este în mod normal un incident de undă plană (difracție Fraunhofer). În acest caz, există difracție în raze paralele. Conform teoriei, un astfel de model de difracție localizat la infinit, și este necesar să se utilizeze o lentilă convergentă pentru observațiile sale.
Lățimea fiecărui decalaj este a. lățimea decalajului opac este b. Cantitatea d a b este numită constanta (sau perioada) a grilajului de difracție. Ambele goluri - transparente și opace - formează un accident vascular cerebral.
În Fig. 1 prezintă cursul grinzilor paralele înainte și după grila de difracție. Fasciculul de lumină cade în mod normal în planul grilajului de difracție (DR). Ca rezultat al razelor de lumină de difracție deviate către un anumit unghi (unghi de difracție) a lentilei de colectare și ecranul L. E. L. situată în planul focal al lentilei formate modelul de difracție, este un sistem de maxime și minime de lumină. Cu observația vizuală, rolul lentilei este jucat de către lentilele ochiului.
În direcția inițială de propagare a luminii va fi amplasată maximă centrală (sau maximă de ordinul zero) M0. Maximele de 1, 2, 3 și alte ordin superior (M1. M2. M3, respectiv) sunt aranjate simetric în raport maxim la ordinea zecimală zero, pe ambele părți ale acestuia. Poziția maximelor definită de aceste valori ale unghiurilor de difracție k (k 0, 1, 2, 3) pentru care valurile care vin la punctul de observație din toate fantele se potențează reciproc.
Intensitatea maximă are un maxim de zero. Cu un număr tot mai mare de ordine a maximului, intensitatea maximului slăbește.
În cazul unei incidențe normale a luminii pe grătare, poziția maximelor principale se determină din starea:
unde este unghiul de difracție, adică unghiul dintre normal și grâu și direcția de deformare a razelor pe zăbrele; este lungimea undei de difracție; k este ordinea maximului (k 0, 1, 2, 3.).
maxime Condițiile de observație formulată după cum urmează: picurile de difracție la unda plană rețea de difracție observate în acele puncte în spațiu, pentru care produsul unei difracție sine constantă răzuirea pe unghiul de difracție egal chiar și numărul de jumătate de lungime de undă.
Poziția minimelor este determinată de condiție
d˘sin (2k 1)
Condiții de observare minimele formulate după cum urmează: minimelor în unda plană prin difracție rețea de difracție observate în acele puncte în spațiu, pentru care produsul unei difracție sine constantă grilaj pe unghiul de difracție egală cu un număr impar de lungimi de jumătate de undă.
După cum rezultă din condiția (1), unghiurile la care se observă maximele luminoase depind de lungimea de undă. Astfel, dacă grilajul de difracție nu cade lumină monocromatică, iar lumina unui spectru complex, după difracție pe ecran observate gama, cu raze violete sunt deviate bare la unghiuri mai mici decât roșu (F <КР ). В месте расположения нулевого максимума (k 0, 0) находятся нулевые максимумы всех длин волн дифрагирующего света, накладывающиеся друг на друга. При попадании на дифракционную решетку белого света нулевой максимум остается белым (неокрашенным), а по обе стороны от него симметрично относительно нулевого максимума располагаются максимумы более высоких порядков, при этом последовательность их окраски подчиняется условиям (1): фиолетовая часть спектра обращена к центру дифракционной картины, а красная часть − наружу. Это свойство дифракционной решётки можно использовать для исследования спектрального состава падающего света, то есть дифракционная решётка может быть использована как спектральный прибор.
Lărgimea spectrului de pe ecran depinde de ordinea spectrului și de grila de difracție constantă (întinderea spectrului crește cu ordinea crescătoare a spectrului și o scădere a constantei grilajului de difracție).
Din geometria deformării fasciculului de pe grila de difracție, este posibil să se calculeze unghiul de difracție, Fig. 2.
în
unde lk este distanța dintre maximul zero și maximul de ordin k; D este distanța de la planul grilajului de difracție (DR) la planul ecranului (E).
Prin condiții experimentale unghiuri k mici (aproximativ 2 ° 3 °), deci putem presupune că tg păcat k k și apoi păcatul k
Prin formula (2), se determină constantul laturii, difracția observată în experiment.