Спектральные приборы. Дифракционная решетка

В состав видимого света входят монохроматические волны с различными значениями длин. 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 компонент 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 (рисунок 7). Действие призмы основано на явлении дисперсии, то есть зависимости показателя преломления n вещества от длины волны света λ.

Рисунок 7 Разложение излучения в спектр при помощи призмы

В спектральных приборах высокого класса вместо призм применяются дифракционные решетки. Для получения ярких дифракционных спектров применяются системы большого числа узких параллельных щелей одинаковой ширины, расположенных на равных расстояниях друг от друга - дифракционные решетки.

Решетки представляют собой периодические структуры, выгравированные специальной делительной машиной на поверхности стеклянной или металлической пластинки (рисунок 8). У хороших решеток параллельные друг другу штрихи имеют длину порядка 10 см, а на каждый миллиметр приходится до 2000 штрихов. При этом общая длина решетки достигает 10–15 см. Изготовление таких решеток требует применения самых высоких технологий. На практике применяются также и более грубые решетки с 50 – 100 штрихами на миллиметр, нанесенными на поверхность прозрачной пленки. В качестве дифракционной решетки может быть использован кусочек компакт-диска или даже осколок граммофонной пластинки.

Рисунок 8 Дифракционная решетка

Простейшей формой дифракционной решетки является стеклянная пластинка, на которой делительной машиной нанесен рад параллельных штрихов. Места, прочерченные машиной, являются практически непрозрачными промежутками. Неповрежденные части пластинки играют роль щелей. Дифракционная решетка улучшает дифракционную картину. Каждая щель решетки дает на экране одинаковое расположение максимумов и минимумов, но смещенное относительно друг друга. Поэтому в тех местах, где каждая из щелей дает минимум, будет минимум и при нескольких щелях. Но в тех местах, где каждая из щелей дает свет, не обязательно будет свет при нескольких щелях. В некоторых направлениях лучи света, прошедшие через разные щели, могут вследствие интерференции гасить друг друга и давать дополнительные минимумы. В других направлениях при сложении лучей может получиться усиление света, т.е.могут образоваться максимумы более яркие, чем при дифракции от одной щели.

Рисунок 9 Ход лучей через дифракционную решетку

Пусть ширина каждой щели дифракционной решетки равна a, ширина непрозрачного промежутка b. Сумма d этих величин, характерных для каждой решетки, называется периодом решетки или постоянной решетки (рисунки 9 и 10).

Рисунок 10 Интерференция лучей,

Дата добавления: 2015-11-26