Miért bontja le a fehér fényt a diffrakciós rács? A fény diffrakciója diffrakciós ráccsal. Diffrakciós rács mint spektrális eszköz

Az egydimenziós diffrakciós rács nagyszámú rendszer N egyenlő szélességű és egymással párhuzamos rések a képernyőn, amelyeket szintén egyenlő szélességű átlátszatlan terek választanak el (9.6. ábra).

A rácson lévő diffrakciós mintázat az összes résből érkező hullámok kölcsönös interferencia eredménye, azaz. V diffrakciós rács végrehajtani többutas interferencia koherens szórt fénysugarak, amelyek minden résből jönnek.

Jelöljük: b – rés szélessége rácsok; A - a rések közötti távolság; – diffrakciós rácsállandó.

A lencse egy szögben gyűjti össze a rá eső összes sugarat, és nem okoz további útkülönbséget.

Rizs. 9.6	Rizs. 9.7

Hagyja, hogy az 1 sugár a lencsére φ ( diffrakciós szög ). A résből ilyen szögben érkező fényhullám maximális intenzitást hoz létre a ponton. A szomszédos résből ugyanabban a φ szögben érkező második sugár ugyanabba a pontba érkezik. Mindkét nyaláb fázisban érkezik, és erősíti egymást, ha az optikai útkülönbség egyenlő mλ:

Feltételmaximális a diffrakciós rács így néz ki:

Ahol m= ± 1, ± 2, ± 3, … .

Az ennek a feltételnek megfelelő maximumokat ún fő maximumok . Érték érték m, az egyik vagy másik maximumnak megfelelőt nevezzük a diffrakciós maximum sorrendje.

Azon a ponton F 0 mindig megfigyelhető lesz nulla vagy központi diffrakciós maximum .

Mivel a képernyőre beeső fény csak a diffrakciós rács résein halad át, a feltétel minimális a szakadékértés lesz feltételfő diffrakciós minimum rácsozáshoz:

Természetesen nagyszámú rés esetén egyes résekből a képernyő fő diffrakciós minimumának megfelelő pontjaiba jut be a fény és ott képződmények alakulnak ki. oldal diffrakciós maximumok és minimumok(9.7. ábra). De intenzitásuk a fő maximumokhoz képest alacsony (≈ 1/22).

Tekintettel arra ,

az egyes rések által küldött hullámok az interferencia következtében megszűnnek és további minimumok .

A rések száma határozza meg a rácson áthaladó fényáramot. Minél többen vannak, annál több energiát ad át rajta a hullám. Ráadásul minél több a rések száma, annál több további minimum kerül a szomszédos maximumok közé. Következésképpen a maximumok szűkebbek és intenzívebbek lesznek (9.8. ábra).

A (9.4.3)-ból világos, hogy a diffrakciós szög arányos a λ hullámhosszal. Ez azt jelenti, hogy a diffrakciós rács a fehér fényt komponenseire bontja, és a hosszabb hullámhosszú (piros) fényt nagyobb szögbe tereli (ellentétben a prizmával, ahol az ellenkezője történik).

Diffrakciós spektrum- Diffrakcióból adódó intenzitáseloszlás a képernyőn (ez a jelenség az alsó ábrán látható). A fényenergia nagy része a központi maximumban koncentrálódik. A rés szűkülése oda vezet, hogy a centrális maximum szétterül, fényereje csökken (ez természetesen más maximumokra is vonatkozik). Éppen ellenkezőleg, minél szélesebb a rés (), annál világosabb a kép, de a diffrakciós peremek keskenyebbek, és maguk a rojtok száma is nagyobb. A középpontban éles képet kapunk a fényforrásról, pl. lineárisan terjed a fény. Ez a minta csak monokromatikus fény esetén fordul elő. Ha a rés fehér fénnyel van megvilágítva, a középső maximum egy fehér csík lesz, ez minden hullámhosszra jellemző (az útkülönbség mindegyiknél nulla);

Az Egységes Államvizsga-kódoló témái: fényelhajlás, diffrakciós rács.

Ha a hullám útjában akadály jelenik meg, akkor diffrakció - a hullám eltérése az egyenes vonalú terjedéstől. Ez az eltérés nem redukálható visszaverődésre vagy törésre, valamint a sugarak útjának görbülete a közeg törésmutatójának megváltozása miatt A diffrakció abból áll, hogy a hullám az akadály széle körül elhajlik és belép a a geometriai árnyék régiója.

Legyen például egy síkhullám egy meglehetősen keskeny réssel rendelkező képernyőre (1. ábra). A résből való kilépésnél egy széttartó hullám jelenik meg, és ez a divergencia a résszélesség csökkenésével nő.

Általában a diffrakciós jelenségek annál világosabban fejeződnek ki, minél kisebb az akadály. A diffrakció akkor a legjelentősebb, ha az akadály mérete kisebb vagy a hullámhossz nagyságrendjében van. ábra szerinti résszélességnek pontosan ezt a feltételt kell teljesítenie. 1.

A diffrakció, mint az interferencia, minden típusú hullámra jellemző - mechanikai és elektromágneses. A látható fény az elektromágneses hullámok speciális esete; ezért nem meglepő, hogy valaki megfigyelheti
fény diffrakciója.

Tehát az ábrán. A 2. ábra egy 0,2 mm átmérőjű kis lyukon átvezetett lézersugarat eredményező diffrakciós mintát mutatja.

A várakozásoknak megfelelően egy központi fényes foltot látunk; Nagyon messze a helytől van egy sötét terület - egy geometriai árnyék. De a központi folt körül - a fény és az árnyék egyértelmű határa helyett! - vannak váltakozó világos és sötét gyűrűk. Minél távolabb van a középponttól, annál kevésbé fényesek a fénygyűrűk; fokozatosan eltűnnek az árnyékos területen.

Interferenciára emlékeztet, nem? Ez az, ami ő; ezek a gyűrűk interferencia maximumok és minimumok. Milyen hullámok zavarnak itt? Hamarosan foglalkozunk ezzel a kérdéssel, és egyúttal megtudjuk, miért figyelhető meg egyáltalán a diffrakció.

Először azonban nem szabad megemlíteni a fény interferenciájával kapcsolatos legelső klasszikus kísérletet - Young kísérletét, amelyben a diffrakció jelenségét jelentős mértékben alkalmazták.

Jung tapasztalatai.

Minden kísérlet, amely a fény interferenciáját érinti, tartalmaz valamilyen módszert két koherens fényhullám előállítására. A Fresnel-tükrökkel végzett kísérletben, mint emlékszel, a koherens források ugyanazon forrás két képe volt, amelyeket mindkét tükörben kaptunk.

A legegyszerűbb ötlet, ami először eszembe jutott, ez volt. Szúrjunk két lyukat egy kartonlapra, és tegyük ki a napsugaraknak. Ezek a lyukak koherens másodlagos fényforrások lesznek, mivel csak egyetlen elsődleges forrás létezik - a Nap. Következésképpen a képernyőn a lyukaktól eltérő gerendák átfedésének területén interferenciamintát kell látnunk.

Egy ilyen kísérletet jóval Jung előtt végzett Francesco Grimaldi olasz tudós (aki felfedezte a fény diffrakcióját). Interferenciát azonban nem észleltek. Miért? Ez a kérdés nem túl egyszerű, és az az oka, hogy a Nap nem pont, hanem kiterjesztett fényforrás (a Nap szögmérete 30 ívperc). A szoláris korong számos pontforrásból áll, amelyek mindegyike saját interferenciamintát hoz létre a képernyőn. Átfedésben ezek az egyedi minták „elkenik” egymást, és ennek eredményeként a képernyő egyenletesen megvilágítja azt a területet, ahol a sugarak átfedik egymást.

De ha a Nap túlságosan „nagy”, akkor mesterségesen kell létrehozni folt elsődleges forrás. Erre a célra Young kísérletében egy kis előzetes lyukat használtak (3. ábra).

Rizs. 3. Jung tapasztalati diagramja

Az első lyukra síkhullám esik, a lyuk mögött pedig egy fénykúp jelenik meg, amely a diffrakció miatt tágul. Eléri a következő két lyukat, amelyek két koherens fénykúp forrásává válnak. Most - az elsődleges forrás pontszerű jellegének köszönhetően - interferenciamintázat lesz megfigyelhető azon a területen, ahol a kúpok átfedik egymást!

Thomas Young elvégezte ezt a kísérletet, megmérte az interferencia peremek szélességét, levezetett egy képletet, és ezzel a képlettel először kiszámította a látható fény hullámhosszait. Éppen ezért ez a kísérlet az egyik leghíresebb a fizika történetében.

Huygens–Fresnel elv.

Emlékezzünk vissza Huygens elvének megfogalmazására: a hullámfolyamatban minden egyes pont másodlagos gömbhullámok forrása; ezek a hullámok egy adott pontból, mintha egy középpontból érkeznének, minden irányba terjednek, és átfedik egymást.

De felmerül egy természetes kérdés: mit jelent az „átfedés”?

Huygens az elvét egy tisztán geometriai módszerre redukálta, hogy egy új hullámfelületet az eredeti hullámfelület minden pontjából kitáguló gömbcsalád burkolójaként hozzon létre. A másodlagos Huygens-hullámok matematikai szférák, nem valódi hullámok; összhatásuk csak a burkon, azaz a hullámfelület új helyzetén nyilvánul meg.

Ebben a formában a Huygens-elv nem adott választ arra a kérdésre, hogy a hullám terjedése során miért nem keletkezik ellentétes irányban haladó hullám. A diffrakciós jelenségek szintén megmagyarázhatatlanok maradtak.

A Huygens-elv módosítására csak 137 évvel később került sor. Augustin Fresnel lecserélte Huygens segédgeometriai gömbjeit valós hullámokra, és azt javasolta, hogy ezek a hullámok beavatkozni együtt.

Huygens–Fresnel elv. A hullámfelület minden pontja másodlagos gömbhullámok forrásaként szolgál. Mindezek a másodlagos hullámok koherensek az elsődleges forrásból való közös eredetük miatt (és ezért interferálhatnak egymással); a környező térben zajló hullámfolyamat a másodlagos hullámok interferenciájának eredménye.

Fresnel ötlete fizikai jelentéssel töltötte meg Huygens elvét. A másodlagos hullámok interferálva egymást erősítik hullámfelületeik burkán „előre” irányban, biztosítva a hullám további terjedését. A „hátra” irányban pedig zavarják az eredeti hullámot, kölcsönös kioltás figyelhető meg, és visszafelé irányuló hullám nem keletkezik.

A fény különösen ott terjed, ahol a másodlagos hullámok kölcsönösen felerősödnek. És azokon a helyeken, ahol a másodlagos hullámok gyengülnek, a tér sötét területeit fogjuk látni.

A Huygens–Fresnel-elv egy fontos fizikai gondolatot fejez ki: a hullám, miután eltávolodott a forrásától, ezt követően „a saját életét éli”, és többé nem függ ettől a forrástól. A tér új területeit rögzítve a hullám egyre tovább terjed a tér különböző pontjain gerjesztett másodlagos hullámok interferenciája miatt, ahogy a hullám halad.

Hogyan magyarázza a Huygens–Fresnel-elv a diffrakció jelenségét? Miért történik például diffrakció egy lyukban? A tény az, hogy a beeső hullám végtelen lapos hullámfelületéből a képernyőlyuk csak egy kis világító korongot vág ki, és az ezt követő fénymező a nem a teljes síkon elhelyezkedő másodlagos forrásokból származó hullámok interferencia eredményeként jön létre. , de csak ezen a lemezen. Természetesen az új hullámfelületek többé nem lesznek laposak; a sugarak útja meghajlik, és a hullám különböző irányokba kezd terjedni, amelyek nem esnek egybe az eredetivel. A hullám megkerüli a lyuk széleit, és behatol a geometriai árnyékterületbe.

A kivágott fénykorong különböző pontjai által kibocsátott másodlagos hullámok interferálnak egymással. Az interferencia eredményét a szekunder hullámok fáziskülönbsége határozza meg, és a sugarak elhajlási szögétől függ. Ennek eredményeként az interferencia maximumok és minimumok váltakozása következik be – amit az 1. ábrán láttunk. 2.

Fresnel nemcsak Huygens elvét egészítette ki a másodlagos hullámok koherenciájának és interferenciájának fontos gondolatával, hanem előállt a diffrakciós problémák megoldásának híres módszerével is, amely ún. Fresnel zónák. A Fresnel-zónák tanulmányozása nem szerepel az iskolai tantervben – egy egyetemi fizikakurzuson fogod megismerni őket. Itt csak megemlítjük, hogy Fresnel elméletének keretein belül sikerült magyarázatot adnia a geometriai optika legelső törvényére, a fény egyenes vonalú terjedésének törvényére.

Diffrakciós rács.

A diffrakciós rács egy optikai eszköz, amely lehetővé teszi a fény spektrális komponensekre történő felosztását és a hullámhosszok mérését. A diffrakciós rácsok átlátszóak vagy fényvisszaverőek.

Egy átlátszó diffrakciós rácsot veszünk figyelembe. Nagyszámú szélességű résből áll, amelyeket szélességi intervallumok választanak el (4. ábra). A fény csak a réseken halad át; a rések nem engedik át a fényt. A mennyiséget rácsperiódusnak nevezzük.

Rizs. 4. Diffrakciós rács

A diffrakciós rács úgynevezett osztógéppel készül, amely az üveg vagy átlátszó fólia felületére csíkokat visz fel. Ebben az esetben a vonások átlátszatlan tereknek bizonyulnak, az érintetlen helyek pedig repedésként szolgálnak. Ha például egy diffrakciós rács 100 vonalat tartalmaz milliméterenként, akkor egy ilyen rács periódusa egyenlő lesz: d = 0,01 mm = 10 mikron.

Először azt nézzük meg, hogy a monokromatikus fény, azaz a szigorúan meghatározott hullámhosszú fény hogyan halad át a rácson. A monokromatikus fény kiváló példája egy körülbelül 0,65 mikron hullámhosszú lézermutató nyalábja).

ábrán. Az 5. ábrán azt látjuk, hogy egy ilyen nyaláb ráesik az egyik szabványos diffrakciós rácskészletre. A rácsrések függőlegesen helyezkednek el, és időszakosan elhelyezkedő függőleges csíkok figyelhetők meg a rács mögötti képernyőn.

Amint már megértette, ez egy interferencia-minta. A diffrakciós rács a beeső hullámot sok koherens nyalábra bontja, amelyek minden irányban terjednek és zavarják egymást. Ezért a képernyőn az interferencia maximumok és minimumok váltakozását látjuk - világos és sötét csíkok.

A diffrakciós rácsok elmélete nagyon összetett, és teljes egészében messze túlmutat az iskolai tanterv keretein. Csak a legalapvetőbb dolgokat kell tudnia egyetlen képletről; ez a képlet írja le a képernyő maximális megvilágításának helyzeteit a diffrakciós rács mögött.

Tehát egy sík monokromatikus hullám essen egy periódusos diffrakciós rácsra (6. ábra). A hullámhossz .

Rizs. 6. Rács diffrakció

Az interferenciamintázat tisztábbá tétele érdekében a rács és a képernyő közé helyezhet egy lencsét, és helyezheti a képernyőt a lencse fókuszsíkjába. Ekkor a különböző résekből párhuzamosan haladó másodlagos hullámok a képernyő egy pontján (a lencse oldalsó fókuszában) összefolynak. Ha elég távol van a képernyő, akkor nincs különösebb szükség lencsére - a különböző résekből a képernyő adott pontjára érkező sugarak már szinte párhuzamosak lesznek egymással.

Tekintsük a szöggel eltérõ másodlagos hullámokat. A szomszédos résekbõl érkezõ két hullám útkülönbsége megegyezik egy derékszögû háromszög kis szárával. vagy ami ugyanaz, ez az útkülönbség egyenlő a háromszög lábával. De a szög egyenlő a szöggel, mivel ezek hegyesszögek egymásra merőleges oldalakkal. Ezért az útkülönbségünk egyenlő .

Az interferencia maximumok olyan esetekben figyelhetők meg, ahol az útkülönbség egyenlő a hullámhosszok egész számával:

(1)

Ha ez a feltétel teljesül, akkor a különböző résekből egy pontba érkező összes hullám fázisban összeadódik és erősíti egymást. Ebben az esetben a lencse nem vezet be további útkülönbséget - annak ellenére, hogy a különböző sugarak különböző utakon haladnak át a lencsén. Miért történik ez? Nem térünk ki ebbe a kérdésbe, mivel annak tárgyalása túlmutat az egységes fizika államvizsga keretein.

Az (1) képlet lehetővé teszi, hogy megtalálja azokat a szögeket, amelyek meghatározzák a maximumok irányát:

. (2)

Amikor megkapjuk központi maximum, vagy nulla rendű maximum.Az eltérés nélkül haladó szekunder hullámok útjában a különbség nulla, és a centrális maximumon nulla fáziseltolással adják össze. A központi maximum a diffrakciós mintázat közepe, a maximumok közül a legfényesebb. A képernyőn megjelenő diffrakciós mintázat a központi maximumhoz képest szimmetrikus.

Ha megkapjuk a szöget:

Ez a szög határozza meg az irányokat elsőrendű maximumok. Ebből kettő van, és a központi maximumhoz képest szimmetrikusan helyezkednek el. Az elsőrendű maximumokban a fényerő valamivel kisebb, mint a középső maximumban.

Hasonlóképpen a következő szöget kapjuk:

Ő ad útbaigazítást másodrendű maximumok. Ebből is van kettő, és szintén szimmetrikusan helyezkednek el a központi maximumhoz képest. A másodrendű maximumokban a fényerő valamivel kisebb, mint az elsőrendű maximumokban.

Az első két rend maximumához vezető irányok hozzávetőleges képe az ábrán látható. 7.

Rizs. 7. Az első két rendelés Maximája

Általában két szimmetrikus maximum k- a sorrendet a szög határozza meg:

. (3)

Ha kicsi, a megfelelő szögek általában kicsik. Például μm-nél és μm-nél az elsőrendű maximumok szögben helyezkednek el k-sorrend a növekedéssel fokozatosan csökken k. Hány maximumot látsz? Ezt a kérdést könnyű megválaszolni a (2) képlet segítségével. Végül is a szinusz nem lehet nagyobb egynél, ezért:

A fenti numerikus adatok felhasználásával a következőt kapjuk: . Ezért egy adott rácsra a legmagasabb lehetséges maximális sorrend a 15.

Nézze meg újra az ábrát. 5. A képernyőn 11 maximumot láthatunk. Ez a központi maximum, valamint az első, második, harmadik, negyedik és ötödik sorrend két maximuma.

Diffrakciós rács segítségével ismeretlen hullámhosszt mérhet. Fénysugarat irányítunk a rácsra (amelynek periódusát ismerjük), megmérjük a szöget az első
sorrendben az (1) képletet használjuk, és megkapjuk:

Diffrakciós rács mint spektrális eszköz.

Fentebb a monokromatikus fény diffrakcióját vettük figyelembe, ami egy lézersugár. Gyakran meg kell küzdenie nem monokromatikus sugárzás. Különféle monokromatikus hullámok keveréke, amelyek alkotják hatótávolság ennek a sugárzásnak. Például a fehér fény hullámok keveréke a látható tartományban, a vöröstől a liláig.

Az optikai eszközt ún spektrális, ha lehetővé teszi a fény monokromatikus komponensekre bontását és ezáltal a sugárzás spektrális összetételének tanulmányozását. A legegyszerűbb spektrális eszközt jól ismeri - ez egy üvegprizma. A spektrális eszközök diffrakciós rácsot is tartalmaznak.

Tegyük fel, hogy fehér fény esik egy diffrakciós rácsra. Térjünk vissza a (2) képlethez, és gondoljuk át, milyen következtetéseket vonhatunk le belőle.

A központi maximum () helyzete nem függ a hullámhossztól. A diffrakciós mintázat közepén nulla útkülönbséggel konvergálnak Minden a fehér fény monokromatikus komponensei. Ezért a középső maximumon egy fényes fehér csíkot fogunk látni.

De a sorrendi maximumok helyzetét a hullámhossz határozza meg. Minél kisebb a , annál kisebb az adott szög. Ezért maximálisan k A harmadrendű monokromatikus hullámok térben elkülönülnek: a lila csík lesz a legközelebb a középső maximumhoz, a piros csík lesz a legtávolabb.

Következésképpen minden sorrendben a fehér fény egy rácson keresztül egy spektrumba kerül.
Az összes monokromatikus komponens elsőrendű maximumai egy elsőrendű spektrumot alkotnak; akkor ott vannak a második, harmadik és így tovább rendek spektrumai. Az egyes rendek spektruma színsáv alakú, amelyben a szivárvány összes színe megtalálható - az ibolya a vörösig.

A fehér fény diffrakciója az ábrán látható. 8. A középső maximumban fehér csíkot látunk, az oldalakon pedig két elsőrendű spektrum található. Az elhajlási szög növekedésével a csíkok színe liláról pirosra változik.

De a diffrakciós rács nem csak a spektrumok megfigyelését teszi lehetővé, vagyis a sugárzás spektrális összetételének kvalitatív elemzését. A diffrakciós rács legfontosabb előnye a kvantitatív elemzés lehetősége - ahogy fentebb említettük, segítségével megmérni hullámhosszak. Ebben az esetben a mérési eljárás nagyon egyszerű: valójában az irányszög maximális mérése.

A természetben előforduló diffrakciós rácsok természetes példái a madártollak, a pillangószárnyak és a tengeri kagyló gyöngyházfelülete. Ha hunyorogva nézi a napfényt, akkor a szempillák körül egy szivárványszínt láthatunk. 6, és a szaruhártya és a lencse optikai rendszere lencseként működik.

A fehér fény diffrakciós ráccsal adott spektrális bomlása legkönnyebben egy közönséges kompakt lemezen figyelhető meg (9. ábra). Kiderült, hogy a lemez felületén lévő sávok tükröző diffrakciós rácsot alkotnak!

A fehér és bármilyen összetett fény különböző hullámhosszú monokromatikus hullámok szuperpozíciójának tekinthető, amelyek egymástól függetlenül viselkednek a rács általi diffrakció során. Ennek megfelelően a (7), (8), (9) feltételek minden hullámhosszra különböző szögekben teljesülnek, azaz. a rácsra eső fény monokromatikus komponensei térben elkülönülten jelennek meg. A rácsra eső fény összes monokromatikus komponensére vonatkozó m-edrendű fő diffrakciós maximumok halmazát (m≠0) m-edrendű diffrakciós spektrumnak nevezzük.

A nulladrendű fő diffrakciós maximum (centrális maximum φ=0) helyzete nem függ a hullámhossztól, fehér fénynél fehér csíknak fog kinézni. A beeső fehér fény m-edik rendű diffrakciós spektruma (m≠0) színsáv formájában van, amelyben a szivárvány összes színe megtalálható, összetett fénynél pedig spektrumvonalak halmaza, amely megfelel a monokromatikus fénynek. komplex fény diffrakciós rácsára eső komponensek (2. ábra).

A diffrakciós rács mint spektrális eszköz a következő fő jellemzőkkel rendelkezik: R felbontás, D szögdiszperzió és G diszperziós tartomány.

Két δλ spektrumvonal hullámhosszának legkisebb különbségét, amelynél a spektrális berendezés ezeket a vonalakat felbontja, spektrális feloldható távolságnak nevezzük, értéke pedig a berendezés felbontása.

Spektrális felbontási feltétel (Rayleigh-kritériumok):

A közeli λ és λ’ hullámhosszú spektrumvonalakat feloldottnak tekintjük, ha az egyik hullámhosszra vonatkozó diffrakciós mintázat fő maximuma egy másik hullám esetében ugyanabban a sorrendben egybeesik az első diffrakciós minimummal.

A Rayleigh-kritérium segítségével a következőket kapjuk:

, (10)

ahol N a diffrakcióban részt vevő rácsvonalak (rések) száma, m a diffrakciós spektrum sorrendje.

És a maximális felbontás:

, (11)

ahol L a diffrakciós rács teljes szélessége.

A D szögdiszperzió egy olyan mennyiség, amelyet két olyan spektrális vonal iránya közötti szögtávolságként határoznak meg, amelyek hullámhossza 1-gyel különbözik.

És
.

A fő diffrakciós maximum állapotától

(12)

G diszperziós tartomány – a Δλ spektrális intervallum maximális szélessége, amelynél nincs átfedés a szomszédos rendek diffrakciós spektrumaiban

, (13)

ahol λ a spektrális intervallum kezdeti határa.

A telepítés leírása.

A hullámhossz diffrakciós ráccsal történő meghatározásának feladata a diffrakciós szögek mérése. Ebben a munkában ezeket a méréseket goniométerrel (szögmérővel) végezzük.

A goniométer (3. ábra) a következő fő részekből áll: egy alap asztallal (I), amelyre a fő skála van nyomtatva fokban (tárcsa –L); az alaphoz mereven rögzített kollimátor (II) és a színpad közepén átmenő tengely körül forogni tudó gyűrűre szerelt optikai cső (III). A gyűrűn két N nóniusz található egymással szemben.

A kollimátor egy F1 lencsés cső, amelynek fókuszsíkjában egy keskeny, kb. 1 mm széles S rés és egy mozgatható O okulár található H indexmenettel.

Telepítési adatok:

A goniométer főskála legkisebb osztásának ára 1 0.

A nóniusz osztás ára 5.

Diffrakciós rácsállandó
, [mm].

Laboratóriumi munkákban fényforrásként egy higanylámpát (DRSh 250 – 3) használnak, amely diszkrét emissziós spektrummal rendelkezik. A munka a legfényesebb spektrumvonalak hullámhosszát méri: kék, zöld és két sárga (2b. ábra).

a diszperzió jelensége, amikor fehér fényt engedünk át prizmán (102. ábra). Amikor elhagyja a prizmát, a fehér fény hét színre bomlik: piros, narancs, sárga, zöld, kék, indigó, ibolya. A vörös fény tér el a legkevésbé, az ibolya a leginkább. Ez azt sugallja, hogy az üvegnek a legmagasabb a törésmutatója az ibolya fénynél, és a legalacsonyabb a vörös fénynél. A különböző hullámhosszú fény egy közegben különböző sebességgel terjed: lila a legalacsonyabb, vörös a legnagyobb, mivel n= c/v,

A fény átlátszó prizmán való áthaladása eredményeként a monokromatikus elektromágneses hullámok rendezett elrendezése jön létre az optikai tartományban - egy spektrum.

Minden spektrum emissziós spektrumra és abszorpciós spektrumra van felosztva. Az emissziós spektrumot világító testek hozzák létre. Ha hideg, nem kibocsátó gázt helyezünk a prizmára eső sugarak útjába, akkor sötét vonalak jelennek meg a forrás folytonos spektrumának hátterében.

Fény

A fény keresztirányú hullámok

Az elektromágneses hullám egy váltakozó elektromágneses tér terjedése, az elektromos és a mágneses tér erőssége egymásra és a hullám terjedési vonalára merőleges: az elektromágneses hullámok keresztirányúak.

Polarizált fény

A polarizált fény olyan fény, amelyben a fényvektor oszcillációinak irányai valamilyen módon rendezettek.

A fény nagy kijelzővel rendelkező közegről esik. Kevesebbet tartalmazó közegbe törik

Eljárások lineáris polarizált fény előállítására

A kettős törő kristályokat kétféle módon használják lineárisan polarizált fény előállítására. Az elsőben használják kristályok, amelyek nem rendelkeznek dikroizmussal; Két háromszög alakú prizmából álló prizmák készítésére szolgálnak, amelyeknek az optikai tengelyei azonos vagy merőlegesek. Ezekben vagy az egyik nyaláb el van terelve oldalra, így csak egy lineárisan polarizált nyaláb jön ki a prizmából, vagy mindkét nyaláb kijön, de nagy szöggel elválasztva. Ban ben a második módszert alkalmazzák erősen dikroikus kristályok, amelyekben az egyik sugárzás elnyelődik, vagy vékony filmek - polaroidok nagy felületű lapok formájában.

Brewster törvénye

A Brewster-törvény az optika törvénye, amely kifejezi a törésmutató kapcsolatát azzal a szöggel, amelynél a határfelületről visszaverődő fény teljesen polarizálódik a beesési síkra merőleges síkban, és a megtört nyaláb részben polarizálódik a beesési síkban. beesés, és a megtört nyaláb polarizációja eléri legnagyobb értékét. Könnyen megállapítható, hogy ebben az esetben a visszavert és megtört sugarak egymásra merőlegesek. A megfelelő szöget Brewster-szögnek nevezzük.

Brewster törvénye: , ahol n21 a második közeg törésmutatója az elsőhöz képest, θBr a beesési szög (Brewster-szög)

A fényvisszaverődés törvénye

A fényvisszaverődés törvénye - a fénysugár haladási irányának változását állapítja meg a tükröző (tükör) felülettel való találkozás eredményeként: a beeső és a visszavert sugár egy síkban van a visszaverő felület normáljával a beesési pont, és ez a normál két egyenlő részre osztja a sugarak közötti szöget. A széles körben használt, de kevésbé pontos megfogalmazás "a beesési szög egyenlő a visszaverődési szöggel" nem jelzi a sugár pontos visszaverődési irányát.

A fényvisszaverődés törvényei két állításból állnak:

1. A beesési szög egyenlő a visszaverődés szögével.

2. A beeső sugár, a visszavert sugár és a sugár beesési pontjában rekonstruált merőleges egy síkban van.

A fénytörés törvénye

Amikor a fény egyik átlátszó közegből a másikba kerül, terjedésének iránya megváltozik. Ezt a jelenséget fénytörésnek nevezik. A fénytörés törvénye határozza meg a beeső sugár relatív helyzetét, megtörve és merőlegesen a két közeg határfelületére.

A fénytörés törvénye határozza meg az AB beeső sugár (6. ábra), a DB megtört sugár és a határfelületre merőleges CE relatív helyzetét, a beesési ponton visszaállítva. Az a szöget beesési szögnek, a b szöget pedig törésszögnek nevezzük.