Вказівки до виконання роботи. Для виконання роботи слід вивчити такий матеріал: дифракція хвиль; дифракція в паралельних променях; дифракційна решітка та її характеристики.

Для виконання роботи слід вивчити такий матеріал: дифракція хвиль; дифракція в паралельних променях; дифракційна решітка та її характеристики.

[ 1, т.3 §§ 4.1–4.5; 2, §§ 176–181; 3, §§ 12.4–12.6; 4, т.2 §§ 125–130]

Дифракцією називають явища, пов’язані з огинанням хвилями перешкод, які зустрічаються на їх шляху, або, в більш широкому розумінні – явища, пов’язані з будь-яким відхиленням при розповсюдженні світла від законів геометричної оптики. Якщо ширина перешкоди (наприклад, щілина) буде b, відстань від неї до точки спостереження – l, а довжина хвилі – l, то параметр визначає число зон Френеля m, які відкриває дана перешкода. Отже, дифракцію можна спостерігати лише тоді, коли m < < 1 (дифракція Фраунгофера) або при m ~ 1 (дифракція Френеля). Якщо m > > 1, то реалізуються закони геометричної оптики.

Найбільше практичне значення має дифракція, яку спостерігають в паралельних променях (дифракція Фраунгофера) при проходженні світла через одномірну дифракційну решітку (рис. 5.2.1).

Дифракційна решітка – це система паралельних щілин рівної ширини, які лежать в одній площині і розділені рівними по ширині непрозорими проміжками. Якщо а – ширина непрозорої частини, а b – ширина прозорої щілини, то сума d = b + a має назву сталої (періоду) дифракційної решітки.

Нехай кількість прозорих щілин решітки на одиниці довжини l буде N (число штрихів), то стала дифракційної решітки знаходиться за співвідношенням:

. (5.2.1)

На дифракційну решітку падає плоска світлова хвиля (рис. 5.2.1). Згідно принципу Гюйгенса – Френеля кожна точка цього фронту є джерелом вторинних сферичних когерентних хвиль. Внаслідок цього усі точки кожної щілини випромінюють сферичні хвилі. Візьмемо, наприклад, точки, що лежать біля країв усіх щілин і розглянемо промені, які випромінюються під кутом φ до напряму поширення плоскої хвилі. Лінза Л буде збирати усі ці промені у відповідній точці О фокальної площини. Освітленість у цій точці буде результатом інтерференції усіх променів. З рисунку 5.2.1 видно, що між променями 1 та 2 виникає різниця ходу

.

Якщо на цій різниці ходу вкладається ціле число довжин хвиль, то виникає інтерференційний максимум. Таким чином, умовою головних дифракційних максимумів є:

, ( 5.2.2)

де d − стала решітки; j − кут дифракції; m − порядок дифракційного максимуму; l − довжина світлової хвилі.

Якщо кути дифракції малі (рис. 5.2.2.), то sinj» tgj, тобто:

. (5.2.3)

З виразів (5.2.2) та (5.2.3) випливає, що

, (5.2.4)

де λ – довжина хвилі джерела світла; L – відстань від решітки до екрана; l_m – відстань від центрального максимуму до дифракційного максимуму m -го порядку; d – стала дифракційної решітки.

В даній лабораторній роботі джерелом світла є ОКГ (лазер).

Схему лабораторної установки зображено на рисунку 5.2.2. Випромінювання лазера (ОКГ) проходить крізь дифракційну решітку ДР і створює на екрані Е картину дифракції.