Дифракционная решетка, ее разрешающая способность

Рис. 3. Дифракционная решетка

Дифракционная решетка является основным элементом спектральных приборов и представляет собой периодическую структуру, выгравированную специальной делительной машиной на поверхности стеклянной пластинки. У хо­ро­ших решеток на каждый миллиметр прихо­дится до 2000 штрихов.

Рис. 5. Распределение интенсивности при дифракции монохроматического света на решетках с различным числом щелей. I₀ – интенсивность колебаний при дифракции света на одной щели.

В решетке осуществляется многолучевая интерференция когерентных дифрагированных пучков света от всех щелей.

Оптическая разность хода между крайними лучами на периоде решетки

(7)

Условие главного дифракционного максимума:

(8)

Рис. 6. Разложение белого света в спектр с помощью дифракционной решетки

Решетка способна разлагать излучение в спектр, то есть она является спектральным прибором. Если на решетку падает немонохроматическое излучение, то в каждом порядке дифракции (т. е. при каждом значении m) возникает спектр исследуемого излучения, причем фиолетовая часть спектра располагается ближе к максимуму нулевого порядка.

С помощью дифракционной решетки можно производить очень точные измерения длины волны.

Спектральной разрешающей способностью R решетки, характеризующей возможность разделения с ее помощью двух близких спектральных линий с длинами волн λ и λ + Δλ, называется отношение длины волны λ к минимально возможному значению Δλ, т.е.

(4)

т.е. разрешающая способность решетки пропорциональна порядку спектра m и числу щелей N.

Пусть решетка имеет период d = 10^–3 мм, ее длина L = 10 см. Тогда, N = 10⁵ (это хорошая решетка). В спектре 2-го порядка разрешающая способность решетки оказывается равной R = 2·10⁵. Это означает, что минимально разрешимый интервал длин волн в зеленой области спектра (λ = 550 нм) равен Δλ = λ / R ≈ 2,8·10^–3 нм.

Пространственная решетка. Рассеяние света

Дифракция света может наблюдаться не только на одномерной, но и двумерной и трехмерной решетках – пространственных образованиях с периодическим расположением элементов.

Дифракция света может происходить в мутных средах – средах с явно выраженными оптическими неоднородностями: облака, дым, туман и т.д. Происходит рассеяние света в мутной среде.

Рассеяние света происходит и в чистых средах, но с оптическими неоднородностями, флуктуациями плотности, анизотропии, концентрации (молекулярное рассеяние).

Молекулярным рассеянием объясняется голубой цвет неба. Согласно закону Рэлея (I  ^4) более короткие голубые лучи рассеиваются сильнее. Из-за рассеивания коротких свет, прошедший через толщу атмосферы, содержит больше длинных лучей. Поэтому заходящее солнце видится красным.

Флуктуации плотности возрастают с температурой, поэтому летом небо более насыщено, чем зимой.

40. Поляризация света. Виды поляризованного света. Закон Малюса

Естественный и поляризованный свет

Рис. 1. Синусоидальная (гармоническая) электромагнитная волна.

Векторы ,ивзаимно перпендикулярны.

Явление поляризации света  это третье (после интерференции и дифракции) явление, подтверждающее волновую природу света.

Электромагнитная волна представляет собой колебания электрического и магнитного полей. Физиоло­гическое, фотохимическое, фотоэлектрическое и другое действие света на вещество вызывается электрическим полем, поэтому вектор называютсветовым вектором. Плоскость, в которой происходят колебания этого вектора, на­зывается плоскостью поляризации.

Свет, в котором на­пра­в­ления колебаний упоря­до­че­ны каким-либо образом, называется поляризован­ным све­том. Свет, в ко­то­ром ко­ле­бания одного направ­ле­ния преобладают над коле­ба­ни­ями других направлений, на­зываетсячастично поля­ри­зованным светом.

Глаз человека не от­ли­ча­ет естественный свет от по­ляризован­ного. Зри­тель­ное ощущение вызывает только интенсивность света J.

Интенсивностью све­то­вой волны называется ве­ли­чина J, численно равная энергии, которую переносит волна за единицу времени сквозь единицу площади по­верх­ности, перпендикуляр­ной направлению распрост­ранения волны.

Интенсивность элек­тро­­магнитной волны про­пор­циональна квадрату ам­пли­тудного значения напря­женности электрического поля , т.е..

степень поляризации (1)

Для естественного света: J_max = J_min и Р = 0; для плоско поляризованного света J_min = 0 и Р = 1.

Рис. 3. Прохождение естественного света

через два идеальных поляризатора.

yy' – разрешенные направления поляризаторов.

Плоскостью поля­ри­зации называется пло­с­кость, проходящая через направление колебаний све­тового вектора плоско по­ляризованной волны и направление распро­стра­не­ния этой волны.

Поляризатор – ве­ще­с­­тво, пропускающее свет оп­ределенного нап­ра­вле­­­ния (например, тур­ма­лин).

Рис. 4. Иллюстрация к закону Малюса

В 1809 году француз­ский инженер Э. Малюс установил:

 закон Малюса (2)

При повороте плоскости поляри­за­ции интенсивность пропускаемого че­рез поляризатор света уменьшается про­порционально косинусу угла пово­ро­та в квадрате.

При пропускании естественного света через два поляризатора выйдет свет интенсивностью

из первого : , из второго: ;

;.