11.3.5 Разрешающая способность дифракционной решетки

Рисунок 11.11

Важной характеристикой дифракционной решетки является разрешающая способность – способность разделить две соседние линии спектра

, (11.15)

где  – разница длин волн линий спектра, которые можно еще различить. Релей доказал, что две линии различимы, если центр максимума одной из них приходится на середину минимума другой. В этом случае интенсивность света в промежутке между линиями не превышает 80% от интенсивности в центре линии (см.рис.11.11).

Тогда разрешающая способность дифракционной решетки определится соотношением:

. (11.16)

Из этого уравнения следует, что разрешающая способность тем больше, чем больше щелей в решетке и увеличивается с увеличением порядка спектра m ,но при этом уменьшается интенсивность линий.

11.4 Поляризация света

Все свойства поляризованного света указывают на то, что его используют для изучения анизотропии веществ. Результаты взаимодействия поляризованного света с любой анизотропной средой содержит информацию об этой анизотропии. Среди элементарных биологических объектов можно найти очень большое число примеров анизотропии. Поляризационнооптическими методами получены ценные сведения о нуклеиновых кислотах и нуклеопротеидах. Изучение дихроизма их растворов в электрических полях дало информацию о дипольных моментах, геометрии, гибкости. С помощью дихроизма изучалась жесткость двойной спирали ДНК в зависимости от внешних условий (температуры, концентрации и др.). Оказалось, что этим способом можно замечать малые изменения структуры ДНК при ультрафиолетовом и рентгеновском облучении, при воздействии ультразвуком. Дихроизм в потоке вирусов, протекающем через узкий капилляр, дает информацию об их внутренней структуре, в частности об упаковке протеинов и укладке цепей ДНК.

Широко применяется исследование двойного лучепреломления при искусственной ориентации сред, в частности ориентации частиц в потоке жидкости. В качестве характерного примера можно привести исследование структуры фаговых частиц, в частности упаковки ДНК в фагах.

11.4.1 Естественный и поляризованный свет

Электромагнитная волна является волной поперечной и представляет собой процесс распространения в пространстве переменных электрических и магнитных полей, которые описываются взаимно перпендикулярными векторами напряженности электрического поля Е и магнитного поля Н (см. рис.11.12а).

Рисунок 11.12

Вектор колеблется в направлении оси, вдоль которой совершает колебания атом или молекула, излучающая свет. В природе свет излучается множеством атомов, поэтому имеется множество отдельных волн, векторы напряженности электрического поля , которых колеблются по всем возможным направлениям. Световой пучок, в котором различные направления вектора равновероятны, называется естественным. В естественном свете плоскость колебаний вектора (а, следовательно, и вектора ) в непрерывно меняется. Если направление света перпендикулярно плоскости рисунка, то схематически естественную волну можно изобразить, как показано на рисунке 11.12б.

Любой вектор можно разложить на составляющие вдоль взаимно перпендикулярных осей. Выберем плоскость перпендикулярную направлению распространения естественного света и систему координат на ней и мысленно спроектируем на оси х и у все возможные положения вектора , а затем просуммируем все его х-компоненты и все у-компоненты. Очевидно, что для естественного света эти две суммы всегда, при любой ориентации системы координат, будут равны (см. рис.11.13).

Рисунок 11.13

Тогда луч естественного света можно изобразить с помощью этих компонент следующим образом (см. рис.11.14)

Рисунок 11.14

Стрелочками изображаются колебания вектора , совершающиеся в плоскости рисунка, а точками – колебания вектора , совершающиеся перпендикулярно плоскости рисунка.

Свет, в котором колебания вектора подчиняются некоторой закономерности, называется поляризованным. Если колебания вектора происходят в одной плоскости, то волна называется плоско поляризованной или линейно поляризованной, ее схематическое изображение показано на рисунке 11.15.

Рисунок 11.15

Рисунок 11.16

Если же колебания вектора совершаются так, что его конец описывает круг или эллипс, то свет называется поляризованным по кругу или эллиптически поляризованным (см. рис.11.16).

Свет, в котором колебания одного направления преобладают над колебаниями других направлений, называется частично поляризованным. Такой свет можно рассматривать, как смесь естественного света и линейно поляризованного.

Плоскость, в которой колеблется световой вектор в линейно поляризованной волне, мы будем называть плоскостью колебаний. Плоскостью поляризации по историческим причинам называют плоскость, в которой колеблется вектор .