Принцип работы дифракционной решётки

Дифракционная решётка представляет собой стеклянную пластину, поверхность которой отполирована и покрыта отражающей плёнкой металла с нанесёнными не ней параллельно друг другу штрихами. Нанесение (нарезка) штрихов на зеркальной поверхности производится на специальном высокоточном станке, носящем название машины Роуланда.

Для получения ультрафиолетовых спектров применяют решётки с 3600, 1800 и 1200 штрихов на миллиметр

Для видимой части спектра 600 и 1200 штрихов на миллиметр

Для инфракрасной области спектра - 300 и 100 штрихов на миллиметр.

Наряду с плоскими дифракционными решётками в спектральных приборах достаточно часто применяются вогнутые дифракционные решётки, которые совмещают функции диспергирующего элемента и фокусирующих элементов - коллиматорного и камерного объективов.

λ₂

λ₁

2

N

1 – входная щель, 2 - решётка

Края канавок являются преградой и свет выходит из канавки расходящимся пучком. Затем параллельные пучки света, идущие от разных точек канавки собираются линзой и интерферируют.

Если фазы волн встретившихся в точке пространства одинаковы, результатом интерференции является усиление интенсивности света в этой точке.

Если фазы противоположны – полное гашение.

Δ

Δ₁

Разность фаз возникает вследствии того, что лучи одного направления проходят до места встречи разные расстояния, называемые разностью хода.

Если разность хода двух лучей равна чётному числу полуволн (целому числу длин волн), фазы одинаковые и результатом интерференции будет усиление интенсивности света.

Условие максимума при интерференции:

Δ = 2k*λ/2 = k*λ

В одной точке усиленными оказываются только те длины волн, для которых разность хода удовлетворяет условию максимума.

Лучи отражённые под другим углом, собираются в другой точке и интерферируют лучи с уже другой длиной волны, для которых удовлетворяется условие максимума.

Чем больше угол отражения, тем больше разность хода и тем большая длина волны, удовлетворяя условию максимума усиливается. Именно поэтому происходит разложение света по длинам волн в дифракционной решётке.

Преимущества при использовании дифракционных решёток.

1. Практически во всей оптической области спектра угловая дисперсия решётки больше.

2. В пределах одного порядка угловая дисперсия не зависит от длины волны.

Зависимость интенсивности спектральных линий от температуры газа.

С повышением температуры создаётся более благоприятные условия для возбуждения атомов. По мере увеличения температуры будет увеличиваться также и число ионизированных атомов. Поэтому хотя увеличение температуры улучшает условия возбуждения, интенсивность линии спектра нейтрального атома может и не возрастать.

Кривая зависимости интенсивности резонансных линий спектра нейтрального и ионизированного атома от температуры показывает, что по мере увеличения температуры интенсивность спектральной линии сначала растёт, а потом убывает.

То же самое наблюдается и у линий спектра ионов, т.к. с увеличением температуры возрастает число ионов более высокой степени ионизации.

Для каждой спектральной линии существует температура Т_макс, при которой её интенсивность максимальна.

Таким образом одно только повышение температуры источника света не всегда приводит к повышению интенсивности спектральной линии.

При изменении температуры разряда меняется соотношение концентрации ионов и нейтральных атомов, и, следовательно, соотношение интенсивностей их линий, т.е. меняется характер спектра.

В спектрах искры интенсивность линий ионов возрастает по сравнению интенсивностью линий нейтральных атомов.

В связи с тем, что в искре концентрация ионов больше, чем в дуге, и их спектр соответственно интенсивнее, спектральные линии, излучаемые ионами, принято называть искровыми, а линии, излучаемые нейтральными атомами – дуговыми. Следует однако, подчеркнуть, что в спектрах дуги и искры присутствуют и дуговые, и искровые линии.