129. Дифракція світла. Дифракційна гратка.

Явище огинання хвилями перешкод називають дифракцією. Дифракція призводить, наприклад, до розходження хвилі після проходження через вузький отвір. Дифракція світла зумовлена його хвильовою природою.

Розглянемо падіння світла на перешкоду. Світло за перешкодою згідно з засадами геометричної оптики не може проходити за межі геометричної тіні. В дійсності це не так: хвиля проникає у весь простір за перешкодою.

Для пояснення прямолінійного поширення світла Х.Гюйгенс запропонував принцип, згідно з яким кожну точку хвильового фронту можна вважати центром вторинних елементарних сферичних хвиль, і хвильовий фронт у будь-який наступний момент часу визначається як огинаюча поверхня цих елементарних фронтів хвиль. Принцип Гюйгенса дає змогу знаходити напрями поширення хвиль. Доповнив принцип Гюйгенса Френель твердженням про те, що вторинні хвилі інтерферують між собою. Він показав, що допоміжні вторинні джерела корегентні між собою, оскільки їх фази коливань визначаються збудженням, яке зумовлене дією первинного джерела. За допомогою принципа Гюйгенса-Френеля можна одержати розподіл інтенсивності при поширенні світлових хвиль, на шляху яких наявні перешкоди. Хвиля не поширюється у зворотньому напрямку, тому що при розповсюдженні у просторі, де вже є хвильові збурення, зумовленні прямою хвилею. При інтерференції прямих і вторинних хвиль вони гасять одна одну.

Якісно поведінку світла за перешкодою з отвором можна пояснити за допомогою принципу Гюйгенса, який надає спосіб побудови фронту хвилі у момент часу , якщо є відомий фронт хвилі у момент . це - аналітичний вираз принципу Гюйгенса - Френеля. має максимум при ; при Треба зауважити, що принцип Гюйгенса - Френеля дає швидше фізичне уявлення про поширення світла, ніж математичний апарат для вивчення законів поширення, бо не визначено, A(S) теж у загальному випадку є невідоме. Одним із методів використання принципу Гюйгенса - Френеля є метод зон Френеля. Точне уявлення про процеси дають рівняння Максвелла та граничні умови .

Д ифракційна ґратка — це пристрій, що має N однакових паралельних щілин, розміщених на рівних відстанях одна від одної в одній або різних площинах. Найчастіше для її виготовлення беруть скляну пластинку і на її поверхні наносять ряд рівновіддалених штрихів (на 1 мм 100-1700 штрихів). Штрихи на склі дуже розсіюють світло і виконують роль непрозорих проміжків, а смужки скла відіграють роль щілини. Принцип роботи дифракційної ґратки ґрунтується на дифракції світлових хвиль, які взаємодіють з нею, та подальшій інтерференції цих дифрагованих хвиль. Число дифракційних максимумів та їх напрямки поширення залежать від періоду гратки і довжини хвилі світла і можуть бути визначені з допомогою рівняння: ,

де θi — кут падіння світлового пучка на гратку, θm(λ) — кут дифракції для пучка m-го порядку, λ — довжина хвилі світла, d — період гратки, m — порядок дифракції.

Суму довжин проміжку і штриха а+b=d називають періодом гратки.

Це рівняння називається рівнянням дифракційної гратки. З цього рівняння випливає, що кут дифракції залежить від довжини хвилі світла. Отже, якщо на гратку буде падати біле світло, то воно буде розкладатися граткою у спектр.

До основних характеристик дифракційних граток відносять роздільну здатність та дисперсію. Розсіювальна здатність гратки: R= λ/ Δλ=mN, де N – число штрихів гратки. Дисперсією світла називають вираз D=dφ/dλ, за яким визначають кутову відстань між двома спектральними лініями.