Використання хвильових властивостей світла. Дифракційна решітка
Хвильова природа світла вже доведена давно. Для вирішення практичних завдань часто користуються принципами геометричної оптики, а й хвильові властивості світла вельми широко використовуються в самих різних галузях сучасної науки і техніки. Прикладом тому є дифракція. Здатність хвилі огинати перешкоди, які зустрічаються їй на шляху, властива і світла. Це явище проявляється, коли хвилі потрапляють в область так званої геометричної тіні. Пояснення явища дифракції дає принцип Гюйгенса. Згідно з цим поясненням кожна точка, що встає на шляху хвилі, стає центром для вторинних хвиль. У обвідної цих хвиль задається положення хвильового фронту для кожного наступного моменту часу.
Відео: Diffraction grating - Physics in experiments
У прикладі з плоскою хвилею, нормально падає на отвір, зроблене в непрозорому екрані, по теорії Гюйгенса, кожній точці, яка виділяється отвором ділянки хвильового фронту, притаманна здатність ставати джерелом вторинних хвиль (в однорідному ізотропному середовищі вони сферичні).
Досить побудувати огибающую вторинних хвиль на певний момент часу, щоб легко простежити явище огинання хвилею краю отвору. Це пояснюється тим, що фронт хвилі входить в область так званої геометричної тіні.
Використання властивості дифракції знайшло широке застосування в приладі, що отримав назву дифракційна решітка. У своїх початкових дослідах з дифракцією світла Джеймс Грегорі використовував звичайне пташине перо. Згодом його замінив специфічний оптичний прилад. Дифракційна решітка представляє собою нанесену на певну поверхню сукупність значної кількості штрихів, розташованих регулярно. Ними можуть бути як щілини, так і виступи, в залежності від виду, до якого належить конкретна дифракційні грати.
Розрізняють два види решіток - відбивні і прозорі. До перших відносяться прилади, які використовують відбивну поверхню з нанесеними штрихами. Другі використовують прозорі поверхні, тут можуть застосовуватися як штрихи, так і щілини.
Принцип дії дифракційної решітки пояснюється безпосередньо хвильовими властивостями світла. Для розбивання фронту світлової хвилі використовуються штрихи решітки. В результаті утворюються окремі пучки так званого когерентного світла. Зазнавши дифракцию на штрихах, вони інтерферують один з одним. З огляду на те, що хвилі різної довжини створюють максимуми інтерференції під абсолютно різними кутами (визначаються різницею ходу для променів, що інтерферують), отримують на виході розкладений в спектр білий світ.
Дифракційна решітка як прилад застосовується в самих різних сферах людської життєдіяльності. Її використовують і в спектральних приладах, і як оптичні датчики кутових (лінійних) переміщень, і як поляризатори або як фільтри інфрачервоного випромінювання. Також це можуть бути подільники пучків для интерферометров або скла «антивідблисків» очок.
Відео: Дифракція світла, 1980, HD
Є дифракційна решітка і для рентгенівських променів. Створити її технічно виявилося нездійсненним завданням. Для вирішення цієї проблеми вчені пішли оригінальним шляхом. Для розкладання рентгенівських променів застосовуються кристалічні решітки деяких кристалів.
Як основна характеристика розглядається Роздільна здатність дифракційної решітки. Вона являє собою повне кількість ліній в решітці, яке помножене на порядок максимуму променя. Цей вислів ще можна уявити як твердження, що для різниці частот характерно рівність зі зворотним величиною різниці часових відрізків проходження самих крайніх променів, іменованих интерферирующими.
У побуті наочний приклад дифракційної решітки може послужити компакт- диск або грамофонна пластинка. Але для виготовлення промислових приладів використовується високотехнологічне обладнання, що володіє високою точністю.
