6. Дифракционная решетка.

Дифракционная решетка – это устройство, представляющее собой совокупность большого числа узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками, т.е. это чередующиеся узкие прозрачные и непрозрачные участки. Сумма ширины прозрачного и непрозрачного участка – это постоянная дифр. решетки d=a + b.

Так как щели находятся на одинаковых расстояниях, будут для разных лучей, идущих от параллельных щелей для одного и того же направления φ одинаковыми в пределах всей дифракционной решетки.

Δ=(b+а)sinφ=dsinφ

В направления, в которых ни одна из щелей не распространяет свет, свет также не будет распро­страняться и при двух щелях, а прежние главные минимумы будут наблюдаться в направлениях, кото­рые определяются условием: bsinφ=±кλ.

Кроме того, вследствие взаимной интерференции световых лучей, испускаемых двумя щелями, они будут гасить друг друга в некоторых направлениях, то есть возникнут дополнительные минимумы. Они находятся в направлениях, которым соответствует разность хода: 1/2λ; 3/2λ; 2/2λ…

Таким образом, с учетом исходного условия дополнительных минимумов будет иметь вид:

dsinφ=±(2к+1)λ/2

А усиление действия одной щели другой будет при условии главных максимумов:

dsinφ=±2кλ/2=кλ

Таким образом полная дифракционная картина для двух щелей определяется условием:

bsinφ=λ, 2λ, 3λ…

dsinφ=1/2λ, 3/2λ, 5/2λ…

dsinφ=0, λ, 2λ, 3λ…

Между двумя главными максимумами располага­ется один дополнительный минимум. При трех щелях между двумя главными максимумами располагается два дополнительных минимума, а при четырех щелях 3 дополнительных минимума и т.д.

Если дифракционная решетка состоит из N щелей, то условием главных минимумов будет: bsinφ=±кλ

Условием главных максимумов по прежнему будет:dsinφ=кλ, а условием дополнительных минимумов будет dsinφ=±к´λ/N

к´=1, 2, 3, …, N-1, 2N-1, 2n+1.

Та есть к´ может принимать все целочисленные значения кроме 0, N, 2N, 3N и т.д.В случае N щелей между двумя главными максимумами располагается N-1 дополнительных минимумов, разделенных вторичными максимумами и создающими относительно слабый фон.

Чем больше щелей, тем больше световой энергии пройдет через решетку, тем больше минимумов образуется межу соседними главными максимумами, и тем более интенсивными и более острыми будут максимумы. Дифракционная картина от восьми щелей

Так как |sinφ| не может быть >1, то из условия: dsinφ=кλ

Следовательно, число главных максимумов к<=d/λ. То есть определя­ется отношением параметра решетки (период) к длине волны λ.

Положение главных максимумов зависит от дли­ны волны λ, поэтому при пропускании белого света через решетку все макси­мумы, кроме центрального, для которого к=0, разло­жатся в спектр фиолетовой стороной к центру, а крас­ной наружу.

Это свойство дифракционной решетки используется для определения монохро­ма­ти­ческих составляющих и интенсивности света. Дифракционные решетки, используются в различных областях спектра, отли­ча­ются размерами, формой, материалом поверхности, профилем штрихов и их частотой. Частота в пределах от 6000 до 0,25 штрихов на 1 мм. Это позволяет перекрыть область спектра от ультрафиолетовой до инфракрасной области.

№ 58. Поглощение света в веществе. Дисперсия света. Поляризация света. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление. Закон Малюса.

Дисперсия света – это зависимость показателя преломления от частоты или от . Или зависимости скорости световых волн от частоты. Характерным проявлением дисперсии является разложением в спектре пучка белого света при прохождении его через прозрачную призму. Для всех прозрачных веществ зависимость имеет область видимости спектра , характер на рисунке.

Если вещество поглощает часть лучей то в области поглощения и вблизи неё ход дисперсии обнаружены аномалии. Если с ростом показатель преломления увеличивается. Из теории Максвелла следует , что абсолютный показатель преломления вещества , здесь - диэлектрическая проницаемость среды

-магнитная проницаемость среды.

Для прозрачных веществ =1, и тогда

При взаимодействии с электромагнитной волной атом вещества можно рассматривать как упругую систему: электрон и ядра. Под действием электрического поля волны . Отрицательные и положительные заряды ядра раздвигаются , т.е. атомы поляризуются в результате вынужденных колебаний. В первом приближении можно считать что вынужденные колебания совершаются только внешними наименее связанными с электрическими.

Поляризация света.

Световая волна является волной электромагнитной. Графически её можно представить в виде двух синусоид, лежащих во взаимно перпендикулярных плоскостях. Одна синусоида отображает изменение величины и направления в пространстве вектора напряженности электрического поля, а другая вектор - магнитной индукции. Оба вектора перпендикулярны вектору скорости распространения электромагнитной волны. Плоскость, в которой происходят колебания называется плоскостью колебаний.

Если под влиянием внешних воздействий и внутренних особенностей источника света поведение вектора напряженности электрического поля становится упорядоченным, то такой луч света называют поляризованным. Световой луч , в котором , всё время во всех точках луча находится в одной и той же плоскости , называется плоскополяризованным или линейно поляризованным. Если в проекции на плоскость , перпендикулярную лучу света, конец вектора напряженности электрического поля описывает эллипс, то такой луч света называют эллиптически поляризованным.

Закон Брюстера.

Поглощение- это явление уменьшения энергии световой волны при её распределении в веществе в следствии преобразования энергии световой волны в другие виды волн. В следствии поглощения интенсивности света, что описывается законом Брюстера:

, где x – это расстояние в веществе через которое проходит волна и при этом прохождении поглощается её энергия , - коэффициент поглощения , зависящий от физической природы и состава вещества. I и - интенсивности плоскости монохроматической световой волны , на входе- выходе на слое поглощаемого вещества. При x=1 интенсивность света уменьшается в один раз по сравнению с интенсивностью нулевой на входе , угол зависит от частоты и от длины волны и для разных веществ отличается. Одноатомные газы и пары металла у которых угол приближается к 0 и только в узких спектральных областях, шириною метров наблюдаются резкие максимумы поглощения, образуется так называемый линейчатый спектр. Эти линии соответствуют частотам соответствующих колебаний электронов в атомах , в молекулах, где атомы , в пределах в которых атомы связаны между собою, поглощение характеризуется полосами шириною м. угол для диэлектриков составляет от см однако в определённых интервалах длин волн наблюдается обращение где угол возрастает., наблюдаются полосы, т.е. диэлектрики имеют сплошной спектр поглощения это связано с тем, что в диэлектриках отсутствуют свободные электроны и их индивидуальные поглощательные способности не проявляются. А всё поглощение обусловлено резонансом вынужденных колебаний системы электронов и атомов в молекулярной структуре диэлектриков. Для металлов угол имеет очень большое значение поэтому металлы всегда непрозрачны для света. У металлов имеются свободные электроны, которые могут двигаться в электрическом поле световой волны, тем самым энергия световой волны быстроизменённые движения электронов сопровождается выделением джоулевой теплоты. Естественно , что чем больше проводимость металла, т.е. чем больше свободных электронов, тем больше угол такого металла.