- •Лекция 5 Дифракция света Вопросы
- •1. Дифракция Фраунгофера на одной щели.
- •2. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке.
- •3. Пространственная решетка. Рассеяние света.
- •1. Дифракция Фраунгофера на одной щели
- •Дисперсия света
- •2. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке
- •3. Пространственная решетка. Рассеяние света
Лекция 5 Дифракция света Вопросы
1. Дифракция Фраунгофера на одной щели.
2. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке.
3. Пространственная решетка. Рассеяние света.
1. Дифракция Фраунгофера на одной щели
С практической и теоретической точек зрения очень важно рассмотреть случай дифракции в параллельных лучах (плоская волна). Этот вид дифракции был изучен немецким физиком И.Фраунгофером. Поэтому дифракция в параллельных лучах получила название дифракции Фраунгофера.
Дифракция Фраунгофера наблюдается в том случае, когда источник света и точка наблюдения бесконечно удалены от препятствия, вызывающего дифракцию, либо источник света находится в фокусе собирающей линзы, а дифракционная картина наблюдается в фокальной плоскости собирающей линзы, установленной за препятствием.
. (1)
Разобьем площадь щели на зоны Френеля, ширина каждой зоны дает разность хода /2, всего по ширине щели уместится
зон. (2)
Вследствие дифракции световые лучи отклоняются от прямолинейного распространения на углы φ ( 0 < φ < π/2 ). Результат дифракции в точке Сφ определится числом зон Френеля, укладывающихся в щели для данной точки.
Если число зон четное
, (3)
в точке Сφ наблюдается минимум дифракции (они взаимно погашаются), если число зон нечетное
, (4)
в точке Сφ наблюдается максимум дифракции.
Условие дифракционного минимума , (5)
Условие дифракционного максимума , (6)
Интенсивность дифракционных максимумов по мере удаления от центра экрана быстро убывает. Распределение интенсивности на экране вследствие дифракции называется дифракционным спектром. Расчеты показывают, что интенсивности центрального и последующих максимумов относятся как
1 : 0,047 : 0,017 : 0,0083 : ... ,
Вид дифракционной картины существенно зависит от того, каким светом освещается щель. В случае монохроматического света дифракционная картина на экране представляет собой простое чередование светлых и темных полос. В случае белого света дифракционные максимумы представляют собой дифракционные окрашенные спектры, обращенные к центру фиолетовой частью. Центральный максимум имеет вид белой полоски (при = 0 = 0 для всех ), далее радужная окраска.
Дисперсия света
В состав видимого света входят монохроматические волны с различными значениями длин волн. В излучении нагретых тел (нить лампы накаливания) длины волн непрерывно заполняют весь диапазон видимого света. Такое излучение называется белым светом. Свет, испускаемый, например, газоразрядными лампами и многими другими источниками, содержит в своем составе отдельные монохроматические составляющие с некоторыми выделенными значениями длин волн. Совокупность монохроматических компонентов 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.
Для разложения излучения в спектр в простейшем спектральном приборе используется призма. Действие призмы основано на явлении дисперсии, то есть зависимости показателя преломления n вещества от длины волны света λ .
. (7)
У всех прозрачных твердых веществ (стекло, кварц), из которых изготовляются призмы, показатель преломления n в диапазоне видимого света убывает с увеличением длины волны λ, поэтому наиболее сильно призма отклоняет от первоначального направления синие и фиолетовые лучи и наименее – красные. Монотонно убывающая зависимость n(λ) называется нормальной дисперсией.
Рис
3. Разложение
излучения в спектр при помощи призмы.
; ; ;
;
, (8)
т.е. угол отклонения лучей призмой тем больше, чем больше преломляющий угол призмы. ; пучок белого света разлагается в спектр.