Опыт 5.

«Дифракция света. Дифракционная решетка»

  Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. Как показывает опыт, свет при определенных условиях может заходить в область геометрической тени. Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец.                                                                                

   Клас­си­че­ским опы­том, в ко­то­ром можно на­блю­дать ди­фрак­цию света, яв­ля­ет­ся опыт Юнга ( рис.1). В непро­зрач­ной ширме бу­лав­кой про­ко­ло­то от­вер­стие а, которое является источником вторичной волны,  создавая круговую волну. Она доходит до следующей непрозрачной ширмы, в которой проколото два отверстия b и с. От этих отверстий распространяются круговые когерентные волны, которые создают интерференционную картину из чередующих полос на правом экране.    

                                                                                                                    Рис.1.

 Дифракция на отверстии (рис.2) представляет чередующиеся темные и светлые круги, в центре темный круг.

 Дифракция от непрозрачного диска (рис.3) представляет чередующиеся темные и светлые круги, в центре светлый круг.

Дифракция от щели и нити представляют чередующиеся темные и светлые линии.

                                                                                      Рис.2.                                                          Рис.3.          

Дифракционная решетка. Представляет стеклянную пластинку, на которой,  нанесены острым резцом штрихи   (рис.4). На рисунке видно, что она представляет чередование прозрачных и непрозрачных областей (на штрихах свет не проходит). На 1мм наносят от 100 до 1000 штрихов. Сумма длин прозрачных и непрозрачных штрихов, называется периодом решетки d.

Рис.4.

Возьмем дифракционную решетку и собирающую линзу, в фокусе которой  поместим экран (рис.5). Если на дифракционную решетку направить пучок монохроматического света, то дифрагируя на прозрачных штрихах решетки и проходя через собирающую линзу,  он даст на экране, который расположен в фокусе линзы максимумы для данного цвета, которые будут чередоваться на различных участках экрана.

 Если пучок свет будет белый, то вместо отдельных максимумов на экране будут чередоваться спектры от фиолетового цвета до красного  (  m0, m1, m2, m3) по обе стороны от центра, в котором  будет находиться нулевой белый максимум m0. В отличие от дисперсионного спектра дифракционные спектры будут линейными.                        

Рис.5.

Опыт 1. Возьмем лазерную указку и направим лазерный луч на дифракционную решетку с периодом 1/300 ( 300 штрихов на 1 мм). На экране, расположенным за дифракционной решетки возникнет дифракционная картина ( рис.6).

                                                                                                       Рис.6.

Проблема. Почему ?

Ответ. На экране возникла дифракционная картина от  данной дифракционной решетки. Вместе с центральным максимумом возникли максимумы первого порядка.

Опыт 2.  Возьмем лазерную указку и направим лазерный луч на дифракционную решетку с периодом 600 штрихов на 1 мм. На экране, расположенным за дифракционной решетки возникнет дифракционная картина ( рис.7).

Проблема. Как изменится дифракционная картина если взять дифракционную решетку с  периодом 600 штрихов на 1мм ?

Ответ. Если взять дифракционную решетку с  периодом 1/600 (600 штрихов на 1мм) то расстояние между максимумами увеличится ( рис 7).

Рис. 7.

     Кроме дифракционных решеток, работающих  на просвет,  существуют отражательные дифракционные решетки. Они представляют собой чередующиеся участки отражающие свет и  рассеивающие его. Рассеивающие свет полоски наносятся резцом на отшлифованную металличе­скую пластину. Обычные CD диски (рис.8) являются примером отражательной дифракционной шетки. Основное  применение дифракционных решеток –  спектральный анализ.

                                                                                                                    Рис.8.