Общие сведения

Дифракция света может наблюдаться при отражении световых волн от периодической структуры – поверхности, одни участки которой отра-жают, другие – поглощают или пропускают электромагнитные волны. Примером такой структуры служит отражательная дифракционная ре-шетка – совокупность большого числа узких зеркальных полос шириной b, отделенных друг от друга полосами не отражающей поверхности ши-риной а. Расстояние d между соседними полосами – постоянная дифрак-ционной решетки (см. рис. 5.4).

Рис. 5.4. Отражательная дифракционная решетка

Если плоская монохроматическая волна падает на решетку под углом α ,

то в направлениях под углами φ k к нормали к решетке, удовлетворяющих

соотношению

= AC − BD = d (sin φ	k	− sin α) = kλ,

(5.1)

где k = 0; ±1; ±2; ..., создаются условия для возникновения главных ди-фракционных максимумов. При падении на отражательную решетку бе-лого света происходит его разложение в спектр, поскольку, согласно со-отношению (5.1), каждой длине волны λ отвечают определенные углы φ k

дифракционных максимумов.

Отражательные дифракционные решетки со специальным профилем штрихов, как, например, на рис. 5.4 (был 5.1), позволяют сконцентриро-вать все излучение в максимуме только одного порядка (в данной работе для k = 3).

35

Отражательная решетка, как и «обычная» прозрачная, характеризу-

ется угловой дисперсией	D	R	. Эти пара-
	φ и разрешающей способностью

метры определяются точно так же, как и для прозрачной дифракционной решетки (см. описание работы № 4).

Указания по подготовке к работе

Создайте таблицы (по форме табл. 5.1–5.4) для записи результатов наблюдений и расчетов физических величин. В табл. 5.3 должно быть 13 строк.

Указания по проведению эксперимента

Измерить угол γ₁ направления распространения пучка света от

лампы (рис. 5.1). Для этого ослабить винты держателя 5 (рис. 5.1) и снять дифракционную решетку со столика. Совместить нить окуляра зритель-ной трубы с изображением щели коллиматора и произвести отсчет угла γ1 по шкале нониуса гониометра. Результаты представить в табл. 5.1.

Поставить решетку обратно на столик и установить ее плоскость в направлении риски на станине прибора, и закрепить ее положение спо-мощью винтов держателя. Найти положение зрительной трубы, когда зеркально отраженный луч проходит через ее окуляр (см. рис. 5.2). Сов-местить нить окуляра зрительной трубы с зеркальным изображением ще-

ли и измерить соответствующий угол γ2. Результаты занести в табл. 5.1.

Измерить углы

λ

направлений на четко видимые линии спектра.

Для этого последовательно совмещать нить зрительной трубы с яркими спектральными линиями. Результаты представить в табл. 5.2.

Замечание. В дальнейших расчетах потребуются разности значений измеренных углов: γ2 − γ1 и γλ − γ1. Если при измерении угла γ1 получи-

лось, например,

0		'	''
291	10 25

, а при измерении угла γ₂ – 6 28^'46^'' , то в про-

токол наблюдений для угла

γ ₂ = 360 + 6 28^' 46^'' = 366 28^' 46^'' .

2

следует записать значение

Наблюдения по пп. 1–3 провести 3раза.

Таблица 5.1

Измерение углов

γ1

и γ₂ для определения угла падения α света на решетку

угол

1

2

3

θγ

^γ1

36

γ2

Измерение углов дифракции

γλ

Таблица 5.2

света для разных длин волн

Цвет		γ	λ
4 строки
	1		2	3

1,2, з,с

γ

Таблица 5.3

Расчет углов дифракции φλ и длин волн λi света (желтый, зеленый, синий) для всех спектральных линий в дифракционном спектре решетки. A = sin φ 0 − sin α ,

2

2

2

d = d

λ 0

cos φ 0 φ 0

cosα α

λ0

+

A

+

A

,

1

2

2

2

λ

i

=

((sin φ

i

− sin α) d )

+ ( d cos φ

φ

)

+ ( d cos α α)

k

i

i

Цвет

1,2,з,с

з

1,2,с

											1			2				2									α
α =(180−(γ				− γ			)) 2	α =				γ			+ γ									δα=					%
																			α=αα
2				1							2	1					2
																									α

строка

δφi =

φ

i

φ

=180−α−(γ

− γ )

2

2

φ=φφ

%

i

i

1

φi =γi

+ γ1

ii

i

φ

i

строки

d = kλ

d

0

(sin φ

0

− sin α)

d

d = dd

δd =

%

d

строка

λ

λ

i

= d (sin φ − sin α)

k

λ

i

λ

i

= λ

i

λ

i

δλ

i

=

i

%

i

λ

i

строки

Таблица 5.4

Определение характеристик дифракционной решетки

Цвет

спектральной

линии Желтая 1 Желтая 2 зеленая

λi	φi	Dφi = k d cos φi
нм	град	1/нм

37

D	= tgφ	λ	i
φi	i

1/нм

R = kN

λ	i	= λ	i	R

нм

синяя