Дифракция Фраунгофера от щели

П усть на бесконечно длинную щель падает плоская световая юлна (рис. 129.1). Поместим за щелью собирающую линзу, а в фокальной плоскости линзы — экран. Волновая поверхность падаю­щей волны, плоскость щели и экран па­раллельны друг другу. Поскольку щель бесконечна, картина, наблюдаемая в любой плоскости, перпендикулярной к щели, будет одинакова. Поэтому доста­точно исследовать характер картины в одной такой плоскости, например в пло­скости рис. 129.1. Все вводимые в даль­нейшем величины, в частности угол φ, образуемый лучом с оптической осью линзы, относятся к этой плоскости.

bsinφ=±kλ (k=1,2,3..) – минимумы интенсивности.

Дифракция на дифракционной решетке Пропускающие решетки. Отражательные решетки.

Дифракционной решеткой называется совокупность большого числа одинаковых, отстоящих друг от друга на одно и то же рас­стояние щелей (рис. 130.1). Расстояние d между серединами со­седних щелей называется периодом решетки.

Р асположим параллельно решетке собирательную линзу, в фо­кальной плоскости которой поставим экран. Выясним характер ди­фракционной картины, получающейся на экране при падении на решетку плоской световой волны (для простоты будем считать, что волна падает на решетку нормально). Каждая из щелей даст на эране картину, описываемую кривой, изображенной на рис. 129.3. Картины от всех щелей придутся на одно и то же место экрана (независимо от положения щели, центральный максимум лежит против центра линзы). Если бы колебания, приходящие в точку Р от раз-. личных щелей, были некогерентными, результирующая картина от N щелей отличалась бы от картины, создаваемой одной щелью, лишь тем, что все интенсивности возросли бы в N раз. Однако коле­бания от различных щелей являются в большей или меньшей сте­пени когерентными; поэтому результирующая интенсивность будет отлична от NI_Ф (I_ф — интенсив­ность, создаваемая одной щелью; см. (129.6)).

В дальнейшем мы будем пред­полагать, что радиус когерентно­сти падающей волны намного пре­вышает длину решетки, так что колебания от всех щелей можно считать когерентными друг относительно друга.

Таким образом мы имеем максимум дифракции ( светлые полосы ) для направлений, удовлетворяющих условию:

d · sin φ = ±m · λ (2), где m - порядок спектра, φ - угол дифракции.

Таким образом мы имеем минимум дифракции ( тёмные полосы ) для направлений, удовлетворяющих условию:

b · sin φ = ±k · λ (3), m - порядок спектра, φ - угол дифракции.

По устройству дифракционные решетки бывают про­пускающие и отражательные. Пропускающие решетки изготавливаются из стеклянных или кварцевых пластин путем нанесения алмазным резцом ряда параллельных штрихов. Промежутки между штрихами являются щеля­ми. Отражательные решетки изготавливаются нанесением алмазным резцом штрихов на поверхности металличеcкого зеркала. Лучшие решетки содержат 1200 штрихов на 1 мм решетки. Общее число штрихов у таких решеток длиной порядка 200 мм достигает 200 тысяч.

5. Поляризация света. Поляризованный свет. Плоскополяризованный свет, свет, поляризованный по кругу и эллипсу. Получение поляризованного света. Двойное лучепреломление в кристаллах. Призма Николя Поляризация света при отражении Угол Брюстера, закон Брюстера. Оптически активные среды Вращение плоскости поляризации.

Поляризованный свет. Плоскополяризованный свет, свет, поляризованный по кругу и эллипсу.

В электромагнитной волне, распространяющейся в свободном пространстве, векторы напряженности электрического (Ē) и магнитного (Н) полей взаимно перпендикулярны, изменяются синхронно (см. рис.1) и их величины связаны соотношением:

(1)

где ε₀ и μ₀ ^- соответственно электрическая и магнитная постоянные.

Поэтому в световой электромагнитной волне достаточно знать поведение .лишь одного из векторов. Обычно для этой цели выбирают вектор Ē.

В естественном свете имеются колебания вектора Ē волны, совершающиеся в различных направлениях, перпендикулярных к лучу. Свет, в котором направления колебаний вектора Ē упорядочены каким либо образом, называется поляризованным.

Поляризация света - это физическая характеристика оптического излучения, описывающая неэквивалентность различных направлений колебаний вектора Ē волны в плоскости, перпендикулярной световому лучу.

Волна называется линейно поляризованной (или иначе плоско поляризованной), если в процессе распространения волны вектор Ē лежит в одной плоскости, параллельной направлению распространения волны.

Плоскостью поляризации называется плоскость, проходящая через направление колебаний электрического вектора Ē линейно поляризованной световой волны и направление распространения этой волны (плоскость PР1, см. рис.2а). Плоско поляризованную волну излучает, например, отдельный атом.

Волна называется поляризованной по кругу (или волной с циркулярной поляризацией), если конец вектора Ē описывает в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны, окружность.

При вращении конца вектора Ē по часовой стрелке говорят о правой круговой поляризации волны, а при вращении против часовой стрелки, соответственно, о левой круговой поляризации. Если конец вектора Ē описывает в пространстве эллипс, то тогда говорят о эллиптически поляризованной волне.