10

Міністерство освіти і науки України

ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА МОРСЬКА АКАДЕМІЯ

Кафедра фізики і хімії

Лабораторна робота № 6. 2

Вивчення дифракційних спектрів

(Учбово-методичний посібник)

Переробив доц. Горюк А.А.

Затверджено на засіданні кафедри 2 квітня 1999 р., протокол № 5

Одеса - 1999

1 Теоретична частина

1.1 Вихідні положення хвильової оптики

1. Змінні електричні і магнітні поля, що розповсюджуються в просторі, являють собою електромагнітні хвилі. На рис. 1 схематично показана електромагнітна хвиля, що поширюється в позитивному напрямку осі абсцис; E і H - відповідно вектори напруженості електричного і магнітного полів електромагнітної хвилі. Як видно з рис. 1, електромагнітні хвилі відносяться до класу поперечних хвиль, оскільки в них напрямки коливань векторів E і H нормальні відносно вектора швидкості хвилі.

рис. 1

2. Світловими хвилями є електромагнітні хвилі з довжинами хвиль, що лежать у межах 400…700  нм. Колірна характеристика світлової хвилі визначається довжиною хвилі (400 нм - фіолетовий колір, 700 нм - червоний колір). У тому випадку, якщо світлові хвилі мають одну довжину хвилі, світло називається монохроматичним, якщо ж у світловому пучку знаходяться всі довжини хвиль у межах від 400 до 700 нм (усе «кольори»), світло є білим.

3. Взаємодія світлової електромагнітної хвилі з речовинами в переважній більшості випадків визначається дією електричного поля хвилі, що характеризується вектором напруженості електричного поля E. Надалі будемо називати E електричним (або світловим) вектором і в міркуваннях будемо абстрагуватися від дії магнітного поля світлової хвилі.

Важливою характеристикою світлової хвилі є її енергія (інтенсивність світла), пропорційна |E|².

4. Поширення світла в просторі будемо описувати за допомогою понять «фронт світлової хвилі» і «світловий промінь».

Фронтом світлової хвилі називається геометричне місце точок простору, яких у даний момент часу досягла світлова хвиля.

Світловими променями називаються прямі лінії, що виходять із джерела світла і визначають напрямку переносу енергії світлової хвилі. Промені завжди перпендикулярні до фронту хвилі.

5. У вакуумі світлові хвилі поширюються зі швидкістю c = 3· 10⁸ м/с, а в речовині зі швидкістю V = c/n, де n > 1 - показник заломлення, значення якого визначається конкретними властивостями речовини. При проходженні світлової хвилі в речовині її довжина зменшується , де ₀ - довжина світлової хвилі у вакуумі.

6. Світлові хвилі випромінюються окремими атомами джерела світла незалежно друг від друга, тому початкові фази їхніх коливань не пов'язані між собою і хаотично змінюються в часу. Такі хвилі називаються некогерентными і при накладенні в одній точці простору їхні інтенсивності просто додаються.

За допомогою певних прийомів (див. нижче) можна виділити групи монохроматичних світлових хвиль, у яких різниця початкових і кінцевих фаз залишається сталою в часі. Такі хвилі називаються когерентними.

2. Дифракція світла

1.2.1 Поняття про дифракцію

Дифракцією світла називається явище огинання світловими хвилями перешкод (як правило, із розмірами, порівняними з довжиною світлової хвилі) і наступна інтерференція світлових хвиль.

Математично точне рішення задачі дифракції дуже складне. Тому застосовуються наближені методи рішення, в основі яких лежить принцип Гюйгенса-Френеля:

Кожна точка фронту хвилі є джерелом вторинних сферичних хвиль, і поверхня, що огинає поверхні вторинних сферичних хвиль, визначає положення фронту хвилі в наступний момент часу. Всі вторинні хвилі когерентні між собою, їхні початкові фази рівні початковій фазі вихідної хвилі, електричний вектор E максимальний у напрямку, нормальному до фронту первинної хвилі, і прямує до нуля в напрямку, дотичному до фронту первинної хвилі.