13. Дифракционная решетка, ее применение в качестве спектрального прибора.

Дифракционная решетка представляет собой совокупность параллельных щелей, расположенных на равных расстояниях друг от друга. При падении на такую структуру свет дифрагиру­ет, образуя на экране ряд изображений источника света (рис. 1.6), каждое из которых наблюдается в месте, удовлетво­ряющем формуле:

где d - постоянная решетки; - угол дифракции; т - порядок дифракционного максимума.

Е сли источник света излучает волны с разными частотами (т.е. раз­ного цвета), то для каждого цвета получается своя картина дифракци­онных полос. Эти полосы называют­ся спектральными линиями.

Дифракционную решетку исполь­зуют как спектральный прибор, по­зволяющий разделить излучение на монохроматические составляющие и измерить длины их волн. К основным параметрам решеток относят угло­вую дисперсию , линейную дис­персию , разрешающую силу R.. Рассмотрим их смысл.

Дисперсия определяет расстояние между двумя спектральными линия­ми, отличающимися по длине волны на единицу.

Угловой дисперсией называется величина

г де dφ - угловое расстояние между спектральными линиями, отличающимися по длине волны на dλ. Расчет показывает, что .

В пределах небольших углов sinφ = φ, cosφ = 1, поэтому где No - число щелей на единицу длины решетки.

Линейная дисперсия определяется как

г де dl - расстояние на экране между дифракционными макси­мумами, отличающимися по длине волны на dλ.

Можно показать, что D_l = fD_φ, где f - фокусное расстояние линзы.

Если падающий свет содержит две близкие длины волн λ₁ и λ₂, то дифракционная решетка разводит их на разные углы, однако вследствие размытости спектральных линий на экране возможно их перекрытие друг с другом. В качестве примера на рис. 1.7 приведены две пары макси­мумов различной ширины, разведен­ных на один и тот же угол.

В одном случае (рис. 1.7, а) сум­марная кривая интенсивности не по­зволяет обнаружить два компонента, в другом случае (рис. 1.7, б) провал между максимумами дает возмож­ность увидеть эти линии раздельно,

Т.е. разрешить их. Два максимума одинаковой интенсивности I₀ воспринимаются глазом раздельно, если интенсивность света в промежутке между ними не более 0,8 I₀.

Разрешающей силой спектрального прибора называют величину где Δλ - минимальная разность длин волн двух спектральных линий, при которой эти линии воспринимаются раздельно, λ – длина волны, соответствующая центру провала (рис.1.7, б).

Для дифракционной решетки: где N – общее число штрихов решетки.

Чем чаще расположены штрихи дифракционной решетки, тем больше угол, на который разводятся две близкие по длине волны максимума излучения, а чем больше общее число штрихов, тем эти максимумы резче.

14. Физические принципы голографии.

Голография – способ записи и воспроизведения объемного изображения.

Свет:

I ~ А² – энергия, яркость } фото, плоское изображение.

- фаза, l-расстояние-информация об объеме тела.

Для получения объемного изображения необходимо сохранить информацию о фазе. Это поможет сделать интерференция.

Схема записи голограммы:

При интерференции опорного и предметного пучков на фотопластинке возникает интерференционная картина в виде мельчайших областей максимумов и минимумов. Ничего похожего на изображении объекта на фотопластинке не будет. На ней записано сложение двух пучков. Если удастся удалить опорный пучок, то предметный пучок даст объемное изображение объекта.

Схема восстановления изображения:

Проявленную голограмму ставят на прежнее место и освещают ее опорным пучком.

Если смотреть на пластину через окно, то на прежнем месте увидим объемное изображение объекта.

Голограмма представляет собой дифракционную решетку. Дифрагируя на ней, опорный пучок дает точно такую же волну, какая отражалась объектом. В каждой точке голограммы записана информация обо всем объекте потому, что все точки объекта, рассеивая лучину, попадают (отражаются) во всех частях голограммы. Поэтому, если взять кусочек голограммы по нему восстановится полное изображение объекта, только качество ухудшится.

Без понимания волновой природы света этот метод не мог бы появиться.