§4. Дифракционная решетка.

Примером дифракции Фраунгофера служит дифракция на одной щели или на ряде щелей, которые называются дифракционной решеткой.

Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками. Обозначим через a ширину прозрачных щелей, а через b ширину непрозрачных промежутков (рис. 2.4.1). Тогда  называется периодом решетки или постоянной решетки.

Рис. 2.4.1.

Пусть на решетку падает плоская монохроматическая волна длины . Вторичные источники в щелях создают световые волны, распространяющиеся по всем направлениям. Найдем условие, при котором идущие от щели волны усиливают друг друга. Рассмотрим для этого волны, распространяющиеся в направлении, определяемом углом .

Разность хода между волнами от краев соседних щелей равна

. (2.4.1)

Максимумы будут наблюдаться, когда , т.е. при условии:

. (2.4.2)

Эти максимумы называются главными максимумами.

Надо иметь в виду, что этому условию удовлетворяют и все другие пары волн, идущих от других точек щели (см. штриховые лучи на рис. 2.4.1).

За решеткой помещается собирающая линза, в фокусе которой находится экран. Углы , определяемые формулой (2.4.2), задают положения главных максимумов на экране.

Из выражения (2.4.2) следует, что положения всех главных максимумов, кроме центрального (m = 0), зависит от длины волны . Поэтому дифракционная решетка разлагает белый свет в спектр, т.е. является спектральным прибором (рис. 2.4.2).

Рис. 2.4.2.

§5. Дисперсия света.

В состав видимого света входят монохроматические волны с различными значениями длин волн. Излучение, длины волн которого непрерывно заполняют весь диапазон видимого света, называется белым светом. Такое излучение наблюдается в излучении нагретых тел, например нити лампы накаливания. В свою очередь свет, испускаемый газоразрядными лампами, содержит в своем составе отдельные монохроматические составляющие с некоторыми выделенными значениями длин волн. Совокупность монохроматических компонент в излучении называется спектром. Белый свет имеет непрерывный спектр, излучение источников, в которых свет испускается атомами вещества, имеет дискретный спектр. Приборы, с помощью которых исследуются спектры излучения источников, называются спектральными приборами.

Рис. 2.5.1.

Дифракционная решетка является спектральным прибором. Для разложения белого света в непрерывный спектр используется также призма. Впервые это явление наблюдал И. Ньютон. Он доказал, что белый свет раскладывается в спектр (рис. 2.5.1), в состав которого входят следующие цвета: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Чтобы запомнить названия всех цветов и их порядок, используйте фразу, приведенную на рис. 2.5.1. Опыты Ньютона показали также, что сильнее всех от первоначального положения отклоняются фиолетовые лучи, а слабее всех – красные.

Действие призмы основано на явлении дисперсии. Дисперсией света называется зависимости показателя преломления вещества от частоты (длины волны) падающего на него света. К примерам проявления дисперсии относятся радуга, возникающая при разложении солнечного света на капельках воды, и игра света в бриллиантах, в которой помимо дисперсии света, участвует еще полное отражение света.

Объяснение явления дисперсии было дано только в рамках классической электронной теории Г. Лоренца, разработанной в конце XIX. Эта теория рассматривает дисперсию света как результат вынужденных колебаний электронов, входящих в состав атома, под действием поля электромагнитной волны.