9) Дифракционная решётка
Мы рассмотрели случай дифракции света на одной щели. А теперь представим себе систему из множества щелей. Такой системой является дифракционная решётка.
Она бывает двух видов: прозрачная иотражательная.
Прозрачная решётка представляет собой прозрачную пластину из стекла или прозрачной плёнки, на которую нанесены множество непрозрачных линий. На практике, в качестве непрозрачных линий на пластину наносят обыкновенные царапины специальным тонким алмазным резцом. Каждая царапина выполняет ту же роль, что и непрозрачная линия.
В отражательной решётке систему царапин наносят на поверхность металлической пластины, отполированной до зеркального блеска. Получается тоже дифракционная решётка, только она действует на отражение.
Важнейшим параметром решётки является её период - d: то есть сумма ширины непрозрачной линии и расстояния между линиями. Часто её характеризуютколичеством линий на 1 мм ширины.Самые простые дифракционные решётки используются в школьном демонстрационном эксперименте и они имеют 100 линий на 1 мм ширины и на них написано число1/100.Лучшие решётки имеют на 1 мм около 2000 штрихов. Такие решётки изготовляются на специальных машинах, которые наносят на подготовленную поверхность штрихи специальным алмазным резцом. Главное требование при этом, чтобы расстояние между всеми штрихами было абсолютно одинаковым. Для этого такая машина работает в специальном помещении, в котором поддерживается строго постоянная температура и перед нанесением штрихов эта машина должна несколько часов подряд работать вхолостую, чтобы окончательно стабилизировались все её параметры
Рассмотрим решётку в поперечном разрезе. Как видно из данного рисунка, в выбранном нами направлении на каждом периоде будет наблюдаться разность хода лучей:
d sin
Для того, чтобы в данном направлении наблюдался максимум, нужно, чтобы на разности хода укладывалось целое число длин волн:
d sin kk = 1,2.3…)
Данная формула называетсяусловием максимума дифракционной решётки.
В результате, при прохождении через дифракционную решётку монохроматического света, на экране будет наблюдаться картина, аналогичная той, которая наблюдалась при дифракции от одной щели. Однако, картина от решётки будет более яркой, так как в построении этой картины принимают участие не одна щель, а множество.
Наглядный опыт можно поставить с помощью лазера. Если луч лазера пустить на экран, то он высветит на экране только одну точку. Если на пути луча лазера поставить дифракционную решётку, то на экране будет наблюдаться картина, состоящая не из одной, а из нескольких точек. Все они будут лежать на одной прямой. Посередине будет самая яркая точка – главный центральный максимум. По обе стороны будут располагаться симметрично максимумы: две ближайшие точки – максимумы первого порядка, на рисунке обозначены цифрой 1. Они образованы тем, что разность хода лучей в этом направлении равна одной длине волны; следующие два максимума – это максимумы второго порядка, на рисунке они обозначены цифрой 2. Они образованы тем, что разность хода лучей в этом направлении равна двум длинам волны и т.д.
Если же решётку осветить белым светом, то максимумы будут выглядеть как радужные полоски и называться они будут дифракционными спектрами 1-го, 2-го и последующего порядков. При этом, все спектры будут расположены так, что их фиолетовые концы будут обращены к белому центральному максимуму. Если такую решётку приложить к глазу и посмотреть через неё на удалённый источник белого света, например, на электрическую лампу накаливания, то можно увидеть по обе стороны от лампы радужные полосы – дифракционные спектры различных порядков.
Если понаблюдать за окружающей нас обстановкой, то можно в некоторых местах встретить проявление дифракции света. Например, современный компакт-диск при освещении его прямыми лучами от Солнца или от электролампы выглядит радужно окрашенным, хотя он изготовлен на белой основе. Откуда же берётся цвет? На компакт-диске нанесена спиральная бороздка, в которой записана информация. И витки этой бороздки выполняют роль штрихов в отражательной дифракционной решётке.