Вопрос 2. Дифракционный спектр.

Если на дифракционную решетку будет падать немонохроматический свет, то все дифракционные максимумы, кроме центрального, для лучей разного цвета разложатся в спектр. Центральный максимум (m = 0) для всех длин волн будет совпадать при j = 0. Максимумы первого порядка (m = 1) будут для фиолетовых лучей расположены ближе к центру, чем для красных. Между ними расположатся максимумы промежуточных цветов, и мы будем наблюдать дифракционный спектр первого порядка. Между нулевым и первым порядками спектра расположена практически темная зона очень слабых вторичных максимумов. Такая же темная зона расположена между красным концом спектра первого порядка и фиолетовым краем спектра второго порядка, рис.10.4.

Рис.10.4

Благодаря узости дифракционных максимумов решетки различные цвета почти не накладываются друг на друга. Это свойство дифракционной решетки используется для исследования спектрального состава света (определения длин волн и интенсивностей всех монохроматических компонентов), т.е. дифракционная решетка может быть использована как спектральный прибор. Для этогорешетка Д помещается на столике гониометра и освещается параллельным пучком света из коллиматора К (рис.10.5).Разложенный дифракционной решеткой в спектр свет регистрируется фотоприемником или наблюдается в зрительную трубу Т. Угол φ можно изменять и определять по шкале гониометра.

Гониометр – прибор для измерения углов. В нашем случае измеряются углы между направлением падающего на дифракционную решетку пучка белого света и направленими дифрагированных пучков, т.е. измеряются углы дифракции света. Коллиматор представляет собой оптическую систему, в которой источник света или освещенная щель располагаются в фокальной плоскости линзы, и используется для получения пучков параллельных лучей.

Спектр дифракционной решетки получается тем более четким, чем больше щелей N содержит решетка. Максимальное число наблюдаемых дифракционных спектров определяется из условия, что модуль sinj_m £ 1, т.е.

m_max£ l/l. (10.4)

Из условия

sinj_m =ml/l (10.5)

видно, что синусы углов в спектре данного порядка прямо пропорциональны длинам волн, т.е. дифракционные спектры, в отличие от спектров призматических монохроматоров, всегда одинаковы и равномерны. По­мещая дифракционную решетку Д на столик гониометра ( рис.10.5) и освещая ее пучком параллельных лучей через щель коллиматора К, можно, измеряя угол j_m, под которым видны данные лучи в зрительную трубу Т, точно найти их длину волны l.

Рис.10.5.

Отражательная решетка изготовляется нанесением алмазным резцом параллельных штрихов на зеркальной поверхности. Её теория, по существу, не отличается от теории прозрачной решетки.

Для некоторых областей спектра стекло непрозрачно (например, для УФ-лучей). В этом случае используют прозрачную в этой спектральной области кварцевую оптику и отражательные решетки. Заменяя плоскую отражательную решетку вогнутой, можно вообще обойтись без оптических линз.