Дифракция фраунгофера и спектральное разложение

Дифракционная решетка представляет собой чередование прозрачных (щелей) и непрозрачных промежутков и является периодической структурой. Решетки получают путем гравирования с помощью специальной делительной машины поверхности стеклянной или металлической пластины. У хороших решеток на каждый миллиметр приходится до 2000 штрихов. На практике применяются и более грубые решетки с 50-100 штрихами на миллиметр. Сумма длины прозрачного и непрозрачного промежутков называется периодом дифракционной решетки.

Если на дифракционную решетку падает белый свет, то на экране можно видеть разложение света в спектр - дифракционную картину. Дифракционная картина является результатом интерференции: в те области, где наблюдается максимум интерференции (цветные оласти), свет от разных щелей (щели разделяют световую волну на несколько волн, которые являются когерентными) приходит в одной фазе.

Для определения положения дифракционных максимумов, образуемых волнами с разной длиной пользуются формулой связи периода дифракционной решетки, направлением на данный максимум и длиной волны:

Даннаое разложение света в спектр получено с помощью дифракционной решетки.

d — период решётки,

a — угол максимума данного цвета,

k — порядок максимума, то есть порядковый номер максимума, отсчитанный от центра картинки,

— длина волны.

Разрешающая способность дифрак­ционной решетки. Пусть максимум m-го порядка для длины волны l₂ наблюдается под углом j, т.е., согласно (180.3), dsinj=ml₂. При переходе от максимума к соседнему минимуму разность хода ме­няется на l/N (см. (180.4)), где N — число щелей решетки. Следовательно, минимум l₁, наблюдаемый под углом j_min, удовлетворяет условию dsinj_min= ml₁+l₁/N. По критерию Рэлея, j=j_тmin, т.е. ml2=ml₁+l₁/N, или l₂/(l₂-l₁)=mN. Так как l₁ и l₂ близки между собой, т.е. l₂-l₁=dl, то, согласно (183.3),

R_{диф.реш}=mN.

Таким образом, разрешающая способ­ность дифракционной решетки пропорцио­нальна порядку т спектров и числу N ще­лей, т. е. при заданном числе щелей увели­чивается при переходе к спектрам высших порядков. Современные дифракционные решетки обладают довольно высокой раз­решающей способностью (до 2•10⁵).

Вопрос 5

Поляризация света

Следствием теории Максвелла (см. § 162) является поперечность световых волн: век­торы напряженностей электрического Е и магнитного Н полей волны взаимно пер­пендикулярны и колеблются перпендику­лярно вектору скорости v распространения волны (перпендикулярно лучу). Поэтому для описания закономерностей поляри­зации света достаточно знать поведение лишь одного из векторов. Обычно все рассуждения ведутся относительно све­тового вектора — вектора напряженно­сти Е электрического поля (это название обусловлено тем, что при действии света на вещество основное значение имеет электрическая составляющая поля волны, действующая на электроны в атомах ве­щества).

Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Атомы же излучают световые во­лны независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом в це­лом, характеризуется всевозможными рав­новероятными колебаниями светового век­тора (рис. 272, а; луч перпендикулярен плоскости рисунка). В данном случае рав­номерное распределение векторов Е объясняется большим числом атомарных

излучателей, а равенство амплитудных значений векторов Е — одинаковой (в среднем) интенсивностью излучения каждого из атомов. Свет со всевозможны­ми равновероятными ориентациями векто­ра Е (и, следовательно, Н ) называется естественным.

Свет, в котором направления колеба­ний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризован­ным. Так, если в результате каких-либо внешних воздействий появляется преиму­щественное (но не исключительное! ) на­правление колебаний вектора Е (рис. 272, б), то имеем дело с частично поляризованным светом. Свет, в котором вектор Е (и, следовательно, Н ) колеблется только в одном направлении, перпендику­лярном лучу (рис. 272, в), называется плоскополяризованным (линейно поляри­зованным).

Плоскость, проходящая через направ­ление колебаний светового вектора плос­кополяризованной волны и направление распространения этой волны, называ­ется плоскостью поляризации. Плоскопо­ляризованный свет является предельным случаем эллиптически поляризованного света — света, для которого вектор Е (вектор Н ) изменяется со временем так, что его конец описывает эллипс, лежащий в плоскости, перпендикулярной лучу. Если эллипс поляризации вырождается (см. § 145) в прямую (при разности фаз j, равной нулю или p), то имеем дело с рассмотренным выше плоскополяризо­ванным светом, если в окружность (при j=±p/2 и равенстве амплитуд склады­ваемых волн), то имеем дело с циркулярно поляризованным (поляризованным по кру­гу) светом.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Билет 9 Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля.. Метод зон Френеля.
2. ДИФРАКЦИЯ ПЛОСКИХ СВЕТОВЫХ ВОЛН
3. Дифракция света. Метод зон Френеля. Дифракция света на круглом отверстии и диске.
4. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке
5. Дифракция Фраунгофера от щели.
6. Звук. Характеристики звука (высота, громкость). Интерференция и дифракция звуковых волн.
7. Наблюдение дифракции Фраунгофера при нормальном падении света на дифракционную решетку; определение периода решетки
8. П.2. Разложение вектора по базису.
9. Разложение периодической функции в ряд Фурье.
10. Разложение функции в ряд Фурье.
11. Сезонные колебания и полное разложение дисперсии уровней динамического ряда