87. Дифракция света. Принцип Гюйгенса – Френеля.

Дифракцией света называют явление отклонения света от прямолинейного распространения. Возможность наблюдения дифракции зависит от соотношения длины волны и размеров неоднородностей.

Принцип Гюйгенса - Френеля. Согласно Гюйгенсу: каждая точка волновой поверхности, которой достигла в этот момент волна, является центром элементарных вторичных волн, их внешняя огибающая будет волновой поверхностью в последующий момент времени. Френель дополнил это положение Гюйгенса, введя представлением о когерентности вторичных волн и их интерференции. В таком обобщенном виде эти идеи получили название принципа Гюйгенса - Френеля. Для того, чтобы определить результат дифракции в некоторой точке пространства, следует рассчитать согласно принципу Гюйгенса - Френеля, интерференцию вторичных волн, попавших в эту точку от волновой поверхности

Соотношение между шириной щели и длиной волны на возможность наблюдения дифракционной картины для первых минимумов, которые ограничивают центральную светлую полосу имеет вид: sin  =  / а , где а –ширина щели, - угол образованный направлением падающего пучка и нормалью к решетке.

Отсюда имеем  sin    1. Это означает, что при   , вместо системы максимумов и минимумов весь экран слабо освещен.

87. Дифракционная решетка. Дифракционный спектр.

Дифракционная решетка - оптическое устройство, представляющее собой совокупность большого числа параллельных, обычно равноотстоящих друг от друга щелей.

Дифракционную решетку можно получить нанесением непрозрачных царапин (штрихов) на стеклянную пластину. Суммарную ширину щели a и промежутка b между щелями называют постоянной или периодом решетки: c = a + b

Пусть на решетку нормально падает плоскопараллельный пучок когерентных волн, то вторичные волны идущие по всевозможным направлениям, будут интерферировать, формируя дифракционную картину. Выберем некоторое направление вторичных волн под углом  относительно нормали к решетке. Лучи, идущие от крайних точек двух соседних щелей, имеют разность хода, равную с sin . Если это разность хода кратна целому числу длин волн, то при интерференции возникнут главные максимумы, для которых выполняются условия: (1) с  sin  =  k где k=0,1,2,3…- порядок главных максимумов. Они располагаются симметрично относительно центрального (k=0, =0). Равенство (1) является основной формулой дифракционной решетки. Между главными максимумами образуются минимумы (добавочные), число которых зависит от числа всех щелей решетки. Между любыми двумя соседними главными максимумами наблюдается N –1, удовлетворяющих условию: с sin  =  (N +1)/ N ,  (N +2)/ N   (2N -1)/ N 

При падении на решетку белого или иного немонохроматического света каждый главный максимум, кроме центрального, окажется разложенным в спектр. В этом случае k указывает порядок спектра. Таким образом, решетка, как и щель, является спектральным прибором, поэтому для нее существенны характеристики, которые позволяют оценить возможность различения (разрешения) спектральных линий.

Разрешение спектральных линий количественно оценивается разрешающей способностью, равной отношению длины волны к наименьшему интервалу длин волн, которые еще могут быть разрешены: R=/. R = kN – разрешающая способность дифракционной решетки тем больше, чем больше порядок k спектра и число N штрихов.