5.1.2.2.3. Дифракції на дифракційній решітці (гратці)

Дифракційна решітка – це сукупність великої кількості паралельних, рівновіддалених один від одного штрихів, нанесених на прозору поверхню. Штрихи повністю розсіюють падаюче на них світло і є для нього непрозорими ділянками, а проміжки між штрихами пропускають світло і виконують роль щілин. Штрихи можуть бути нанесені механічним, фото- та голографічним методами тощо. Кількість штрихів N на одиницю довжини визначає можливість застосування дифракційної решітки для роботи в різних областях спектра. Так, у рентгенівській області N =60000, ультрафіолетовій – 2000, видимій – 300, в інфрачервоній – 0,25 штрихів на 1 мм. Відстань , через яку повторюються штрихи (рис. 5.1.15), називається постійною (або періодом ) решітки, .

Розглянемо проходження світла через дифракційну решітку з періодом . Якщо в оптичній схемі, зображеній на рис. 5.1.14, замість щілинної діафрагми Д розташувати дифракційну решітку, то дифракційна картина на екрані ускладнюється, тому що тепер має місце також і інтерференція променів, які виходять від усіх щілин решітки. Мінімуми інтенсивності в картині від окремої щілини, зберігаються і у картині решітки.

Для того, щоб визначити положення максимумів у дифракційній картині, розглянемо дві сусідні щілини (рис. 5.1.15) і виберемо в першій щілині будь-яку точку 1. Другу точку 2 виберемо на відстані від точки 1 ( такі точки називають відповідними).

Промені, які виходять з відповідних точок і поширюються під кутом до напрямку падаючого світла, внаслідок інтегрування максимально підсилюють один одного при накладанні, якщо різниця ходу цих променів вміщує ціле число довжин хвиль

(5.1.17)

Виконання цієї умови, наприклад для першої і другої щілин, автоматично означає виконання його для другої і третьої, третьої і четвертої щілин і т. д., тобто для всієї решітки в цілому. Тому цю формулу називають формулою дифракційної решітки. Вона визначає напрямок головних максимумів у дифракційній картині. Дифракційний спектр складається з центральної білої смуги і розміщених симетрично від неї максимумів першого, другого і більш високих порядків.

Ціле число у формулі називається порядком максимуму, оскільки воно визначає порядковий номер максимуму, відрахованого від центра екрана (не рахуючи центрального, ). На рис. 5.1.16 зображено розподіл інтенсивності при зміні кількості щілин від 1 до 8. В дифракційній решітці, де щілин дуже багато, максимуми будуть значно різкішими.

5.1.2.3. .Поляризація світла

5.1.2.3.1. Природне і поляризоване світло

ЕМХ з тільки одним напрямком коливань вектора напруженості електричного поля (або магнітного поля ) називають лінійно поляризованою (поляризованою) або ще плоскополяризованою. Площини, в яких відбуваються коливання векторов і називають відповідно площиною коливань і площиною поляризації (рис. 5.1.17, а). Оскільки вектори та завжди коливаються у взаємно-перпендикулярних площинах, то достатньо знати поведінку одного з векторів. Як правило, для цього вибирають вектор . Цей вектор називають світловим, оскільки більшість оптичних явищ пов’язано з його дією (поглинання світла, фотоефект, розкладення бромистого срібла в фотографії та ін.). Напрямок коливань світлового (електричного) вектора в поляризованій хвилі показано на рис. 5.1.17 а, зверху. Схематично поляризовану хвилю з вектором , розташованим у площині рисунка, зображують у вигляді променю з перпендмкулярними до нього стрілками (рис. 5.1.17, а, внизу); якщо ж вектор є перпендикулярним до площини рисунку, хвилю зображують у вигляді променю з крапками (рис. 5.1.17, б, внизу).

Кожний цуг хвиль, випромінений атомом, є плоскополяризованим. Цуги, випущені різними атомами (як і послідовні цуги, випущені одним і тим же атомом) мають різні площини коливань, орієнтовані випадковим способом. Тому у сумарному випроміненні макроскопічного джерела світла коливання вектора мають усі можливі напрямки, перпендикулярні напрямкові поширення хвилі. Якщо всі напрямки коливань вектора представлені в однаковій мірі, світло називають природним або неполяризованим, що зображається (рис. 5.1.17, в) рівною кількість стрілок і крапок. На рис. 5.1.17, в зображено ЕМХ, що направлена перпендикулярно площині рис. «на нас». Пояснити це можна таким чином. Електричний вектор кожного хвильового процесу (цуга) можна розкласти на дві перпендикулярні складові _║ і . Хвилі природного світла можуть бути представлені у вигляді суми хвиль, що мають взаємно перпендикулярні напрямки коливань світлового вектора. На кожну з цих хвиль припадає половина інтенсивності світла, оскільки всі напрямки коливань у природному світлі є рівноправними.

Якщо ж один з напрямків переважає, світло називають частково поляризованим (рис. 5.1.17, г) і перевагу одного з напрямів відмічають різною кількістю стрілок і крапок. Так, в зображеному прикладі переважає напрямок коливань в площині рисунку; тому у схематичному зображенні на нижньому рисунку число стрілок перевищує число крапок.