Свободная спектральная область (область дисперсии)

Областью дисперсии G называют предельную спектральную ши­рину от до , в которой не происходит наложение разных порядков. Наложение порядков определится условием совпадения максимума -го порядка для волны с максимумом -го порядка для волны с длиной . С учётом (8.6), запишем эти условия в виде:

, (8.12)

.

Из (8.12) следует:

. (8.13)

1.3 Описание экспериментальной установки

Работа выполняется с отражательной дифракционной решеткой, источником света служит ртутная лампа, углы измеряются с помощью гониометра. Описание гониометра смотрите в приложении Б.

Внимание !!! категорически запрещается касаться поверхности решетки руками и протирать её.

При выполнении настоящей работы главной задачей является точное определение углов, при которых наблюдаются главные максимумы для различных спектральных линий излучение ртутной лампы. Эта задача решается с помощью гониометра.

Приступая к работе, необходимо ознакомиться с устройством гониометра, произвести его юстировку: установить зрительную трубу и коллиматор на бесконечность, а ось поворотного столика – перпендикулярно оптической оси трубы и коллиматора.

После юстировки следует осветить щель коллиматора излучением ртутной лампы, навести на щель трубу, и произвести отсчет уг­ла по шкале (положение I трубы гониомет­ра на рис. 8.3). Это положение соответствует нулевому отсчёту. Поставить дифракционную решетку на столик гониометра, и пользуясь автоколлиматором установить угол па­дения света на решетку (см. положение II рис. 8.3). Если по какой-то причине автоколлиматором воспользоваться не удается, то угол можно измерить следующим образом.

Вращая трубу гониометра, определить положение белого (нулевого) максимума (положение трубы III на рис. 8.3), при этом .

2. Порядок выполнения работы Упражнение 1 Определение периода неизвестной ре­шетки

Вращая трубу гониометра по часовой стрелке и против часовой стрелки от (см. рис. 8.3) определите углы главных максимумов в 1, 2, 3 и -1, -2, -3 порядках, соответственно для зеленой линии излучения. Длину волны зеленой линии смотрите в приложении В. Проделайте эти измерения для трёх различных углов падения . Используя полученные значения и с помощью (8.6) определите период решетки.

Упражнение 2

Измерение длин волн спектральных ли­ний

Измерьте главных дифракционных максимумов положительных и отрицательных периодов для жёлтых, синих и фиолетовых линий излучения. Используя значения решетки, полученное в упражнении 1, с помощью (8.6) определите длины волн. Результаты сравните с табличными, приведенными в приложении В.

Упражнение 3

Определение угловой дисперсии решётки

Измерьте угол между главными максимумами жёлтого дуплета при ( соответственно). Пользуясь приближенным выражением для угловой дисперсии , определите дисперсию при всех значениях . Сравните полученные результаты с расчётом в соответствии с (8.8).

Контрольные вопросы и задания

1. Определите коэффициент в (8.1).

2. Почему количество второстепенных дифракционных максимумов, расположенных между двумя соседними главными максимумами равно ?

3. Оцените величину интенсивности ближайшего к главному второстепенного максимума.

4. Сформулируйте критерий разрешения спектральных линий по Рэлею, сделав поясняющий рисунок.

5. Оцените разрешающую способность исследуемой в работе дифракционной решётки.

6. Определите максимальное значение порядка дифракционного максимума при наклонном освещении дифракционной решётки.

7. Постройте график углового распределения интенсивности для трёх щелей при .

8. Объясните почему, несмотря на то, что интерферометр Фабри-Перо обладает большей по сравнению с дифракционной решёткой разрешающей способностью, применение решёток более предпочтительней?

9. С помощью векторной диаграммы продемонстрируйте наличие второстепенных максимумов и минимумов (нулей) при дифракции на N щелях.