Вивчення Дифракція Фраунгофера на решітці, визначення періоду решітки та вимір довжин хвиль

Мета роботи: Вивчення дифракції Фраунгофера на решітці, визначення періоду решітки та вимір довжин хвиль спектра ртуті.

Теоретичні основи роботи.

Дифракцією називається явище відхилення напрямку світла від прямолінійності при поширенні в середовищі з різко вираженими неоднорідностями. Такими неоднородностями можуть бути вузькі щілини, маленькі отвори, тонкі перешкоди. Розміри цих неоднорідностей повинні бути порівнянні з довжиною хвилі l.

У даній роботі розглядається дифракція світла, що викликається дією дифракційної решітки. Дифракційна решітка являє собою сукупність великого числа однакових близько розташованих щілин. Відстань d між центрами сусідніх щілин називається періодом решітки;

де а - ширина кожної щілини;

b - ширина непрозорого проміжку між щілинами.

Якщо на таку решітку нормально падає монохроматична хвиля, то на нескінченності або в фокальній площині лінзи L (рис. 1) буде спостерігатися дифракційна картина з розподілом інтенсивності, представленим на рис. 2 (суцільна крива). Пунктирною лінією на рис. 2 показано розподіл інтенсивності в дифракційної картині від однієї щілини. На місці дифракційного максимуму в картині від однієї щілини тепер спостерігається ряд інтенсивних максимумів (головних) і додаткових слабких максимумів (побічних). Між головними і побічними максимумами розташовані побічні мінімуми. При хворому числі щілин побічні максимуми практично не видно.

Вивчення Дифракція Фраунгофера на решітці, визначення періоду решітки та вимір довжин хвиль
Вивчення Дифракція Фраунгофера на решітці, визначення періоду решітки та вимір довжин хвиль

Як видно з рис. 1, різниця ходу хвиль то двох сусідніх щілин Δ = dsinj. Умова головних максимумів для дифракційної решітки виражається співвідношенням

Число m в рівнянні (1) називається порядком дифракційного максимуму.

Якщо на решітку падає світло, що містить ряд спектральних компонент, то відповідно до формули (1) головні максимуми для різних компонент утворюються під різними кутами: решітка розкладає світло в спектр. Характеристиками решітки для спектрального приладу є кутова дисперсія і роздільна здатність.

Дисперсія D визначається як кутову відстань між двома спектральними лініями, що відрізняються за довжинами хвиль на одиницю, тобто

Роздільною здатністю називається величина

де dl - мінімальний інтервал довжин хвиль, при якому дві лінії з довжинами хвиль l і l + dl ще можна розв'язати, тобто видно роздільно. За критерієм Рале дві близькі лінії вважаються ще можна вирішити (видно роздільно), якщо головний максимум однієї з них збігається з мінімумом (найближчим до головного максимуму) інший (рис. 3).

Вивчення Дифракція Фраунгофера на решітці, визначення періоду решітки та вимір довжин хвиль

Опис методу і установки.

Оптична схема установки представлена ​​на рис. 4. Установка збирається на оптичній лаві. Джерелом світла є ртутна лампа 1. Паралельний пучок світла, що падає на решітку 5, формується лінзами 2, 4 і щілиною 3. Дифракційна картина спостерігається на екрані 6 у вигляді спектральних ліній синього, зеленого і жовтого кольору. Ці лінії відхиляються від оптичної осі під різними кутами j. Виходячи з умови (1) можна визначити довжину хвилі, відповідну видимої спектральної лінії:

Схожі статті