21)Дифракция Фраунгофера на одной щели и на дифракционной решетке.

Различают два случая дифракции света: дифракцию Френеля на круглом отверстии или дифракцию в сходящихся лучах (уже было рассмотрено ранее), и дифракцию Фраунгофера или дифракцию в параллельных лучах.

При дифракции Фраунгофера на препятствие падает плоская волна, а дифракционная картина наблюдается на экране, находящемся в фокальной плоскости собирающей линзы, поставленной на пути света, прошедшего через препятствие. Фокальная плоскость – плоскость, проведенная через точку, в которой собираются все лучи, после прохождения собирающей линзы.

Фраунгофер ставил опыты наблюдения дифракции света на одной щели и на дифракционной решетке. Если рассматривать дифракцию Фраунгофера на одной щели, то её механизм заключается в следующем:

Фраунгофер пропускал плоскую волну света через маленькую щель. После прохождения препятствия лучи отклонялись от первоначального прямолинейного направления на некоторый угол, после чего встречались с собирающей линзой и собирались в некоторую точку B на экране, в которой наблюдалась интерференционная картина. Её вид определялся тем, сколько зон Френеля помещалось в щели. Если число зон было четным, то наблюдался дифракционный минимум (полная темнота в точке), если четным, то дифракционный максимум – светлое пятно.

А дифракционная решетка представляет собой совокупность таких щелей, разделенных непрозрачными промежутками. Общее число штрихов на обычной решетке превышает 100 000. Если ширина щели = а, а ширина промежутка = b, то величина d = a+b называется периодом дифракционной решетки. Дифракция на такой решетке происходит несколько сложнее, т.к. щелей, через которые проходит свет, намного больше.

После прохождения решетки лучи отклоняются на некоторый угол φ, после чего собираются линзой в точку экрана, на которой наблюдается интерференционная картина. Оптическая разность хода между волнами от краев соседних щелей равна длине отрезка AC. Если на этом отрезке укладывается целое число длин волн, то будет наблюдаться максимум. Если же нечетное число полуволн, то минимум.

Условие главных максимумов : d*sin φ = +-k*λ

Если на решетку будет падать белый свет, то в точке наблюдения на экране интерференционная картина будет представлять собой радужный спектр.

Интересно, что наши ресницы вместе с промежутками между ними также можно рассматривать как дифракционную решетку. Поэтому, если посмотреть, прищурившись, на яркий источник света, то можно обнаружить радужные цвета. Белый свет разлагается в спектр при дифракции вокруг ресниц. Дифракционная решетка позволяет очень точно измерять длины световых волн.

22)Дисперсия света. Опыт Ньютона. Нормальная и аномальная дисперсия.

Занимаясь усовершенствованием телескопов, Ньютон обратил внимание на то, что изображение, даваемое объективом, по краям окрашено. Он заинтересовался этим и исследовал разнообразие световых лучей. Радужную окраску изображения, получаемого с помощью линзы, наблюдали, конечно, и до него. Но Ньютон провел опыт, который доказал, что не призма окрашивает белый свет, как это предполагалось ранее.

Его опыт заключался в том, что через маленькую щель в окне он запустил в затемненную комнату маленький световой пучок, на пути которого поставил стеклянную призму. Падая на неё, свет преломлялся и давал на противоположной стене удлиненное изображение с радужным чередованием цветов. Радужную полоску Ньютон назвал спектром.

Закрыв отверстие красной пластинкой, на стене был только красный свет, закрыв отверстие синей – на стене был только синий свет. Это и было подтверждением того, что призма не окрашивает падающий свет, а только разлагает его на составные. Ньютон пришел к выводу, что световые пучки, отличающиеся по цвету, отличаются по степени преломляемости. Т.е. такое вещество, как стекло, из которого состоит призма в данном случае, имеет для них различные показатели преломления. Наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, а меньше всего – красные. Это связано с тем, что скорость распространения в веществе волн, имеющих такой цвет различен в связи с длиной их волны. У красного цвета она приблизительно 750 нм, а у фиолетового – 350 нм. Красный свет в веществе имеет наибольшую скорость, а фиолетовый – наименьшую. Таким образом, показатель преломления вещества – это отношение скорости света в вакууме к скорости света в этом веществе. N= c/v.

А зависимость фазовой скорости света в веществе(скорости распространения волны в нем) от его частоты или длины волны – называется дисперсией.

Разложение света на спектры является последствием этой зависимости.

Зависимость показателя преломления вещества от частоты или длины волны света нелинейная и немонотонная.

Если с ростом показателя преломления длина волны уменьшается(т.е. уменьшается скорость распространения волны в веществе), а частота растет также, то такая дисперсия называется нормальной. Длина волны и частота – величины обратно пропорциональные, поэтому с ростом одной другая будет уменьшаться.

Если с ростом показателя преломления длина волны увеличивается, а частота уменьшается, то такая дисперсия называется аномальной.

- нормальная дисперсия.