Дифракційна решітка як спектральний прилад

Вище ми розглядали дифракцію монохроматичного світла, яким є лазерний промінь. Часто доводиться мати справу з немонохроматичним випромінюванням. Воно є сумішшю різних монохроматичних хвиль, які складають спектр даного випромінювання. Наприклад, білий світ – це суміш хвиль всього видимого діапазону, від червоного до фіолетового.

Оптичний прилад називається спектральним, якщо він дозволяє розкладати світло на монохроматичні компоненти і тим самим досліджувати спектральний склад випромінювання. Найпростіший спектральний прилад вам добре відомий – це скляна призма. До числа спектральних приладів відноситься також і дифракційні грати.

Припустимо, що на дифракційну решітку падає білий світ. Давайте повернемося до формулою (4.44) і подумаємо, які висновки з неї можна зробити.

Положення центрального максимуму (р = 0) не залежить від довжини хвилі. У центрі дифракційної картини зійдуться з нульовою різницею ходу все монохроматичні складові білого світла. Тому в центральному максимумі ми побачимо яскраву білу смугу.

А ось положення максимумів порядку k ^ 1 визначаються довжиною хвилі. Чим менше Л, тим менше кут pk для даного k. Тому в максимумі k-го порядку монохроматичні хвилі поділяються в просторі: близькому до до центрального максимуму виявиться фіолетова смуга, самої далекої – червона.

Отже, у кожному порядку k ^ 1 білий світ розкладається ґратами в спектр. Максимуми першого порядку всіх монохроматичних компонент утворюють спектр першого порядку; потім йдуть спектри другого, третього і так далі порядків. Спектр кожного порядку має вигляд кольорової смуги, в якій присутні всі кольори веселки – від фіолетового до червоного.

Дифракція білого світла показана20 на рис. 4.94. Ми бачимо білу смугу в центральному максимумі, а з боків – два спектри першого порядку. У міру зростання кута відхилення колір смуг змінюється від фіолетового до червоного.

Але дифракційні грати не тільки дозволяє спостерігати спектри, т. Е. Проводити якісний аналіз спектрального складу випромінювання. Найважливішим достоїнством дифракційної решітки є можливість кількісного аналізу – як уже говорилося вище, ми з її допомогою можемо вимірювати довжини хвиль. При цьому вимірювальна процедура вельми проста: фактично вона зводиться до виміру кута напрямку на максимум.

Природними прикладами дифракційних решіток, що зустрічаються в природі, є пір’я птахів, крила метеликів, перламутрова поверхню морської раковини. Якщо, примружившись, подивитися на сонячне світло, то можна побачити райдужну забарвлення навколо вій. Наші вії діють в даному випадку як прозора дифракційні грати на рис. 4.92, а в якості лінзи виступає оптична система рогівки і кришталика.

Спектральне розкладання білого світла, що дається дифракційними гратами, найпростіше спостерігати, дивлячись на звичайний компакт-диск (рис. 4.95) 21. Виявляється, доріжки на поверхні диска утворюють відбивну дифракційні грати!

Посилання на основну публікацію