Дифракция света Дифракционная решетка

Дифракция света
Дифракционная
решетка
Перечислите волновые
свойства света, изученные
нами.
Дисперсия – зависимость показателя
преломления света от частоты
колебаний.
Интерференция – сложение в
пространстве волн, при котором
образуется постоянное во времени
распределение амплитуд
результирующих колебаний.
Каково условие
максимума?
Δd = k∙λ
k =0,1,2,…
Каково условие
минимума?
Δd = (2k + 1)∙λ/2
k =0,1,2,…
Какие волны называются
когерентными?
• Источники волн имеют
одинаковую частоту и
постоянную разность фаз.
Что называется
дифракцией
механических
волн?
Дифракция
—
отклонение от
прямолинейного
распространения, огибание
волной препятствий.
Дифракция была открыта Франческо
Гримальди в конце XVII в.
Классический опыт по дифракции
света был поставлен Томасом Юнгом
• Огюст Френель дал описание
экспериментов по наблюдению явлений
интерференции и дифракции света и
объяснил свойство прямолинейности
распространения света с позиций
волновой теории.
Принцип
Гюйгенса-Френеля:
каждая точка волновой поверхности является
источником вторичных сферических волн,
которые интерферируют между собой
Дифракция от различных препятствий:
а) от тонкой проволочки;
б) от круглого отверстия;
в) от круглого непрозрачного экрана.
Задание:
Будет ли вид дифракционной картины
зависеть от размера препятствия и
от длины волны (цвета)?
Решите задачу
• Две когерентные волны фиолетового
цвета λ=400нм (1 нм= 10-9 м) достигают
некоторой точки с разностью хода Δd
=1,2 ∙10-6 м. Что произойдет в этой точке:
усиление или ослабление волн?
Дифракция от одной щели
17
Дифракция от двух щелей
18
Дифракция от двух щелей
19
Дифракционная решетка
Хорошую решетку изготовляют
Отражательные решетки
с помощью специальной
представляют собой
делительной машины, наносящей
на стеклянной пластине чередующиеся участки,
отражающие свет
параллельные штрихи.
Число штрихов доходит
и рассеивающие его.
до нескольких тысяч на 1 мм;
Рассеивающие свет штрихи
общее число штрихов
наносятся резцом
превышает 100000.
на отшлифованной
металлической пластине.
- представляет собой совокупность
большого числа очень узких щелей,
разделенных
непрозрачными промежутками
20
Нарезка компакт-диска
может считаться дифракционной решёткой.
Хорошие решётки требуют очень высокой
точности изготовления. Если хоть одна щель из
множества будет нанесена с ошибкой, то
решётка будет бракована. Машина для
изготовления решёток прочно и глубоко
встраивается в специальный фундамент. Перед
началом непосредственного изготовления
решёток, машина работает 5-20 часов на
холостом ходу для стабилизации всех своих
узлов. Нарезание решётки длится до 7 суток,
хотя время нанесения штриха составляет 2-3
секунды.
21
Наши ресницы
с промежутками между ними
представляют собой грубую
дифракционную решетку.
Поэтому если посмотреть,
прищурившись,
на яркий источник света,
то можно обнаружить
радужные цвета.
Белый свет разлагается
в спектр при дифракции
вокруг ресниц.
22
Период дифракционной решетки
Если ширина прозрачных щелей
(или отражающих полос) равна а ,
а ширина непрозрачных промежутков
φ
(или рассеивающих
свет полос) b,
φ
то величина d=a+b называется
периодом решетки.
23
Найдем условие, при котором идущие от щелей волны
усиливают друг друга. Рассмотрим для этого волны,
распространяющиеся
в направлении,решетки.
определяемом углом .
дифракционной
Разность хода между волнами от краев соседних щелей
длине отрезка
В1С1. плоская
Пусть наравна
решетку
падает
Если на этом отрезке укладывается
целое число длин волн, то волны от всех щелей,
складываясь, будут усиливать друг друга.
Из треугольника А1В1С1 можно найти длину катета В1С1
В1С1 = А1В1  sin = d  sin
Максимумы будут наблюдаться под углом ,
определяемым условием d  sin = k где k = 0, 1, 2, … .
Рассмотрим элементарную теорию
монохроматическая волна длиной .
φ
φ
24
Формула
дифракционной
решетки
d  sin = k
где k = 0, 1, 2, …
25
Дифракционные спектры
Так
Между
как положение
максимумами
максимумов
расположены
(кроме
минимумы
центрального
освещенности
,
.
соответствующего
Чем больше число щелей
k= 0)
, тем
зависит
болееот
резко
длины
очерчены
волны,
максимумы
то решетка
и тем
разлагает
более широкими
белый свет
минимумами
в спектр
они (разделены
спектры второго
. Световая
и третьего
энергия, падающая
порядков на
перекрываются
решетку, ).
перераспределяется
ею такрасполагается
, что большая тот
ее часть
Чем
больше , тем дальше
или
приходитсяиной
на максимумы,
26,
максимум
а в минимумы
, соответствующий
попадает незначительная
данной длинечасть
волны
Задание
• Установить зависимость
дифракционной картины от периода
решетки и длины световой волны.
Решите задачу:
Дифракционная решетка
имеет период 2∙10-5 м.
Под какими углами видны
дифракционные максимумы
первого и второго порядков
монохроматического излучения
с длиной волны 400 ∙10-9 м?
28
Зависимость дифракционной
картины от периода решетки
Чем меньше расстояние между щелями (период),
тем больше расстояния между линиями на экране
29
Зависимость дифракционной
картины от длины волны
света
Чем меньше длина волны, тем меньше
расстояния между линиями на экране
30
Домашнее задание:
§ 71,72; Упр.10 №1 – 3
Спасибо за работу.
Успехов!
31