О ЧЁМ ГОВОРИТ ЛУЧ СВЕТА

ДИФФРАКЦИОННАЯ РЕШЁТКА

На смену призме пришёл новый прибор — диффракционная решётка.

Рис. 18. Схема действия диффракционной ре­шётки.

подпись: 
рис. 18. схема действия диффракционной решётки.
С явлением диффракции мы уже встречались. Это была диффракция от двух щелей. Диффракционная решётка — это пластинка со множеством ще­лей (до 100—150 тысяч), отстоящих друг от друга на равных расстоя­ниях. Диффракционная картина в ней существенно отличается от картины диффракции от двух щелей.

Рассмотрим действие решётки (см. схему на рис. 18).

Найдём сначала, в чём действия решётки сходны с действием двух щелей. Обозначим направления интер­ферирующих лучей через угол <pt.

Разность хода волн у лучей 1 и 2 выражается отрезком АХБХ. Пусть она равна целой длине волны X. Мы уже знаем, что в этом случае луч 2 будет усиливать действие луча /. Разность хода между лу­чами 7 и 3 (отрезок АХБ2) равна 2Х. Третий луч также уси­лит действие лучей 1 и 2. Так же будут действовать все лучи решётки, идущие под углом (рх. Яркость света в на­правлении ф| действием решётки чрезвычайно усиливается.

Так же будет действовать решётка и в направлениях?2» <Рз и т. д., для которых разность хода волн между сосед­ними лучами составляет 2Х, ЗХ и т. д. Направления, по кото­рым яркость света решёткой усиливается,— это те же на­правления, что и для двух щелей.

Теперь посмотрим, каково различие в действиях решётки и двух щелей. Рассмотрим лучи, идущие под углом, весьма мало отличающимся от угла срр Пусть в этом направлении разность хода между двумя соседними лучами немного

Больше X, например, Х-|- 1/100X. В случае двух щелей яр­кость света в новом направлении будет лишь чуть-чуть меньшей. В случае решётки — картина другая. Если

Разность хода между лучами 1 и 2 будет X - j— 1 /100 X, то между лучами 1 и 3 она будет 2 (X —[— 1/100 X) = 2Х—|—2/100 X, между лучами 1 и 4 соответственно 3 (X —{— 1/100 Х) = ЗХ-}- —3/100 X и т. д. А между лучами 1 и 51 мы получим раз­ность хода 50Х—|—50/100X = 50X —1/2X, то-есть целое с половиной число длин волн.

Но при такой разности хода волн лучи / и 51 погасят друг друга. По тем же причинам погасят друг друга соот­ветственные пары лучей 2 и 52, 3 и 53 и т. д. В решётке

Со множеством щелей для каждого луча (идущего не под углами epp <f>2 и т. д.!) всегда найдётся такой соот­ветственный луч, который его погасит. Следовательно, в направлении, хоть немного отличающемся от угла (pt, <р2,..., свет распространяться не будет.

Если мы выделим лучи, которые отклоняются от угла <ри но иначе, чем в только что разобранном случае, то разность хода волн у соседних лучей будет иная, не X—J— 1 /100 X, а например, X —j— 1 /200 X. По существу это не меняет дела: лучи в этом направлении тоже погаснут. Разница лишь в том, что взаимно будут гаситься не лучи 1 и 51, а / и 101, 2 и 102 и т. д. В решётке, в которой свыше ста тысяч щелей, для каждого данного луча (в этом направлении) всегда найдётся такой луч, который его погасит.

Общий итог таков. В диффракционных решётках свет усиливается только по строго избранным направлениям ср,, <р2, <р3 и т. д., по которым разность хода волн между сосед­ними лучами составляет целое число волн: X, 2Х, ЗХ и т. д. На экране появятся узкие цветные линии, перемежающиеся широкими тёмными полосами. Зато поток света, идущий в этих избранных направлениях, будет очень сильным: ведь в его создании участвуют не две, а огромное множество щелей.

Мы рассмотрели диффракционную картину одноцвет­ных лучей. Какова будет картина, если мы дополнительно осветим решётку вторым, тоже одноцветным светом, но дру­гой волны?

Для вторых лучей направления освещённости будут уже не ¥1» <р3 и т. Д., а какие-то другие, ибо у них другая

Длина волны, и усиление будет при другой разности хода. На экране наряду с линиями первого цвета на месте тёмных полос появятся яркие линии второго цвета.

Если осветить диффракционную решётку белым (состав­ным) светом, то решётка разложит его на цветные спектральные полосы. Диффракционная картина на экране будет выглядеть так. В центре расположится белая

К ФК Ф Б ш КФ К

□□□!□□□

Рис. 19. Так располагаются диффракциои - ные спектры. Б — белая полоса, Ф — фиоле­товый, К—красный концы полос. Два ле­вых и два правых крайних спектра частич­но налагаются друг на друга.

Полоса. Это потому, что для лучей, идущих по перпендикуляру к решётке, разность хода волн между соседними лучами (/ и 2 и т. д.) равна нулю, они усиливают друг друга. Но это справедливо для лучей всех цветов, поэтому они и не будут разделяться. С обеих сторон от центральной по­лосы будут симметрично располагаться цветные спектральные полосы. Их будет по нескольку с обеих сторон. К централь­ной полосе они будут обращены фиолетовыми концами (рис. 19).

Так получаются спектры от диффракционной решётки.

Хорошие решётки должны содержать множество очень точно расположенных щелей, и изготовить их — дело большого искусства и точности. Очень точная «делительная машина» царапает алмазом на гладкой поверхности стекла правильные ряды штрихов. Штрихи — это препятствия для света, а тон­чайшие, не тронутые алмазом промежуточные полоски — это щели, сквозь которые проходит свет. Такие решётки назы­вают прозрачными.

Пока мы имеем дело с прозрачными решётками, мы снова пользуемся стеклом, а оно непрозрачно для ультрафиолето­вого излучения. Дают ли нам диффракционные явления выход из описанных выше трудностей?

Оказывается, дают. Прозрачные диффракционные решётки можно заменить отражательными, изготовленными на от­полированной поверхности металла.

Представим себе, что Аи Л2, Аг и т. д. на рис. 20 обо­значают уже не щели, а узкие зеркальные полоски;

У1

Т.'

#1>

1 П г'

#|

1!|

V4/

V2

?

Рис. 20. Отра­жательная диф- фракдионная решётка рабо­тает так же, как и прозрачная.

подпись: у1
т.' 
#1>
1 п г' 
#|
1!| v4/
 v2
 ?
рис. 20. отра-жательная диф- фракдионная решётка работает так же, как и прозрачная.
Тогда идущие от решётки лучи 7, 2, 3 и т. д. будут отражёнными. Следователь­но, падающие на решётку лучи шли до точек Аи А2 и т. д. не слева (как было, когда Аи А2 и т. д. были щелями), а справа, и, упав на зеркальные полоскиАи А2 и т. д., отразились от них. Только в этом ходе лучей до точек Аи А2 и т. д.— вся и раз­ница. Наложение же отражённых лучей 7, 2, 3 и т. д. совершенно аналогично наложению лучей, прошедших сквозь щели. Все рас­суждения, которые мы привели раньше, сохраняются в силе.

Итак, от отражательных решёток можно также получить диффракционные спектры. Но в чём различие? Различие в том, что лучи уже не про­ходят сквозь материал, из которого изготовлена решётка, а отражаются от него. Для отражательной диффракционной ре­шётки непрозрачность материала не играет роли.

Новый принцип получения спектров расширяет наши воз­можности. Диффракционные спектры можно получить не только для видимого света, но и для других излучений, в том числе и для ультрафиолетовых.

О ЧЁМ ГОВОРИТ ЛУЧ СВЕТА

Эволюция света

Эволюция света Современный мир светится яркими красками даже с космоса: космические станции и экипаж на борту могут лицезреть удивительную картину ночью: светящаяся паутина из ярких городских огней. Это – продукт …

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПОЗНАНИЕ ЧЕЛОВЕКА БЕСПРЕДЕЛЬНО

Н Аш рассказ подходит к концу. Мы узнали теперь, какое мощное теоретическое и практическое оружие получил человек, изучая законы возникновения и распространения света, и как сложен был путь познания этих …

ЭКСПРЕСС-КОНТРОЛЬ НА ПРОИЗВОДСТВЕ

Современная промышленность предъявляет исключительно высокие требования к качеству металлов. Современные маши­ны и инструменты работают в самых разнообразных режимах температур, давлений, скоростей, электрических и магнит­ных полей. Возьмём, к примеру, режущий инструмент. …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов оборудования:

Внимание! На этом сайте большинство материалов - техническая литература в помощь предпринимателю. Так же большинство производственного оборудования сегодня не актуально. Уточнить можно по почте: Эл. почта: msd@msd.com.ua

+38 050 512 1194 Александр
- телефон для консультаций и заказов спец.оборудования, дробилок, уловителей, дражираторов, гереторных насосов и инженерных решений.