Mavzular Yagona davlat imtihon kodifikatori: yorug'lik diffraktsiyasi, difraksion panjara.

Agar to'lqin yo'lida to'siq paydo bo'lsa, unda diffraktsiya - to'lqinning to'g'ri chiziqli tarqalishdan og'ishi. Bu chetlanishni aks ettirish yoki sinishi, shuningdek, muhitning sindirish ko'rsatgichining o'zgarishi tufayli nurlar yo'lining egriligiga qisqartirib bo'lmaydi.Difraktsiya to'lqinning to'siqning chetiga egilib, to'siqlarga kirishidan iborat. geometrik soyaning mintaqasi.

Misol uchun, tekis to'lqin etarli bo'lgan ekranga tushsin tor bo'shliq(1-rasm). Yoriqdan chiqishda ajraladigan to'lqin paydo bo'ladi va tirqish kengligi kamayishi bilan bu farq kuchayadi.

Umuman olganda, diffraktsiya hodisalari to'siq qanchalik kichik bo'lsa, aniqroq ifodalanadi. To'siqning o'lchami kichikroq yoki to'lqin uzunligi tartibida bo'lgan hollarda diffraktsiya eng muhim hisoblanadi. 1-rasmdagi tirqishning kengligi aynan shu shartni qondirishi kerak. 1.

Diffraktsiya, interferensiya kabi, barcha turdagi to'lqinlarga xosdir - mexanik va elektromagnit. Ko'rinadigan yorug'lik bor maxsus holat elektromagnit to'lqinlar; kuzatish mumkin, shuning uchun ajablanarli emas
yorug'likning diffraktsiyasi.

Shunday qilib, rasmda. 2-rasmda lazer nurini diametri 0,2 mm bo'lgan kichik teshikdan o'tkazish natijasida olingan diffraktsiya naqshlari ko'rsatilgan.

Biz kutilganidek, markaziy yorqin nuqtani ko'ramiz; Dog'dan juda uzoqda qorong'i joy - geometrik soya bor. Ammo markaziy nuqta atrofida - yorug'lik va soyaning aniq chegarasi o'rniga! - o'zgaruvchan yorug'lik va qorong'u halqalar mavjud. Markazdan qanchalik uzoqroq bo'lsa, yorug'lik halqalari kamroq yorqinroq bo'ladi; ular asta-sekin soya zonasida yo'qoladi.

Menga aralashuvni eslatadi, shunday emasmi? Bu uning o'zi; bu halqalar interferentsiya maksimal va minimaldir. Bu erda qanday to'lqinlar aralashmoqda? Tez orada biz bu masala bilan shug'ullanamiz va shu bilan birga, birinchi navbatda, nima uchun diffraktsiya kuzatilishini bilib olamiz.

Biroq, birinchi navbatda, yorug'lik interferensiyasi bo'yicha birinchi klassik tajriba - diffraktsiya hodisasi sezilarli darajada qo'llanilgan Yang tajribasini eslatib o'tmaslik mumkin.

Jung tajribasi.

Yorug'likning interferentsiyasi bilan bog'liq har bir tajriba ikkita kogerent yorug'lik to'lqinlarini hosil qilishning qandaydir usullarini o'z ichiga oladi. Fresnel nometalllari bilan o'tkazilgan tajribada, siz eslayotganingizdek, izchil manbalar ikkala oynada olingan bir xil manbaning ikkita tasviri edi.

Aqlga kelgan eng oddiy fikr shu edi. Keling, kartonga ikkita teshik ochib, quyosh nuriga ta'sir qilaylik. Bu teshiklar izchil ikkilamchi yorug'lik manbalari bo'ladi, chunki faqat bitta asosiy manba - Quyosh mavjud. Shunday qilib, ekranda teshiklardan ajralib chiqadigan nurlarning bir-birining ustiga chiqishi sohasida biz interferentsiya naqshini ko'rishimiz kerak.

Bunday tajriba Yungdan ancha oldin italyan olimi Franchesko Grimaldi (yorug'likning diffraktsiyasini kashf etgan) tomonidan amalga oshirilgan. Biroq, hech qanday shovqin kuzatilmadi. Nima sababdan? Bu savol juda oddiy emas va buning sababi shundaki, Quyosh nuqta emas, balki kengaytirilgan yorug'lik manbai ( burchak o'lchami Quyoshning 30 yoy daqiqasiga teng). Quyosh diski ko'plab nuqta manbalaridan iborat bo'lib, ularning har biri ekranda o'ziga xos interferentsiya naqshini hosil qiladi. Bir-birining ustiga chiqqan holda, bu individual naqshlar bir-birini "yog'laydi" va buning natijasida ekran nurlar bir-biriga yopishgan joyni bir xil yoritadi.

Ammo agar Quyosh haddan tashqari "katta" bo'lsa, uni sun'iy ravishda yaratish kerak nuqta asosiy manba. Shu maqsadda Young tajribasida kichik dastlabki teshikdan foydalanilgan (3-rasm).

Guruch. 3. Jungning tajriba diagrammasi

Birinchi teshikka tekis to'lqin tushadi va teshik orqasida yorug'lik konusi paydo bo'lib, diffraktsiya tufayli kengayadi. U ikkita kogerent yorug'lik konusining manbalariga aylanadigan keyingi ikkita teshikka etib boradi. Endi - birlamchi manbaning nuqta tabiati tufayli - konuslar bir-biriga yopishgan joyda interferentsiya naqshlari kuzatiladi!

Tomas Yang bu tajribani amalga oshirdi, interferentsiya chekkalarining kengligini o'lchadi, formulani oldi va bu formuladan birinchi marta ko'rinadigan yorug'likning to'lqin uzunliklarini hisoblab chiqdi. Shuning uchun bu tajriba fizika tarixidagi eng mashhur tajribalardan biridir.

Gyuygens-Frennel printsipi.

Gyuygens printsipining formulasini eslaylik: to'lqin jarayonida ishtirok etuvchi har bir nuqta ikkilamchi sferik to'lqinlarning manbai; bu to'lqinlar ma'lum bir nuqtadan, xuddi markazdan, barcha yo'nalishlarda tarqaladi va bir-birining ustiga chiqadi.

Ammo tabiiy savol tug'iladi: "bir-biriga yopishish" nimani anglatadi?

Gyuygens o'z printsipini asl to'lqin yuzasining har bir nuqtasidan kengayadigan sharlar oilasining konverti sifatida yangi to'lqin sirtini qurishning sof geometrik usuliga qisqartirdi. Ikkilamchi Gyuygens to'lqinlari haqiqiy to'lqinlar emas, balki matematik sferalardir; ularning umumiy ta'siri faqat konvertda, ya'ni to'lqin yuzasining yangi holatida o'zini namoyon qiladi.

Bu shaklda Gyuygens printsipi nima uchun to'lqinning tarqalishi paytida teskari yo'nalishda harakatlanadigan to'lqin paydo bo'lmaydi degan savolga javob bermadi. Difraksiya hodisalari ham izohsiz qoldi.

Gyuygens printsipini o'zgartirish faqat 137 yildan keyin sodir bo'ldi. Avgustin Fresnel Gyuygensning yordamchi geometrik sferalarini haqiqiy to‘lqinlar bilan almashtirdi va bu to‘lqinlarning aralashish bir-biri bilan.

Gyuygens-Frennel printsipi. To'lqin sirtining har bir nuqtasi ikkilamchi sferik to'lqinlarning manbai bo'lib xizmat qiladi. Ushbu ikkilamchi to'lqinlarning barchasi birlamchi manbadan kelib chiqqanligi sababli kogerentdir (va shuning uchun bir-biriga xalaqit berishi mumkin); atrofdagi kosmosdagi to'lqin jarayoni ikkilamchi to'lqinlarning aralashuvi natijasidir.

Frenelning g'oyasi Gyuygens tamoyilini to'ldirdi jismoniy ma'no. Ikkilamchi to'lqinlar aralashib, to'lqin sirtlarining konvertida bir-birini "oldinga" yo'nalishda mustahkamlaydi va to'lqinning keyingi tarqalishini ta'minlaydi. Va "orqaga" yo'nalishda ular asl to'lqinga aralashadilar, o'zaro bekor qilish kuzatiladi va orqaga to'lqin paydo bo'lmaydi.

Xususan, yorug'lik ikkilamchi to'lqinlar o'zaro kuchaygan joyda tarqaladi. Va ikkilamchi to'lqinlar zaiflashgan joylarda biz kosmosning qorong'i joylarini ko'ramiz.

Gyuygens-Fresnel printsipi muhim jismoniy g'oyani ifodalaydi: to'lqin o'z manbasidan uzoqlashib, keyinchalik "o'z hayotini yashaydi" va endi bu manbaga bog'liq emas. Kosmosning yangi maydonlarini egallab, to'lqin o'tayotganda kosmosning turli nuqtalarida qo'zg'atilgan ikkilamchi to'lqinlarning aralashuvi tufayli tobora ko'proq tarqaladi.

Gyuygens-Frennel printsipi diffraktsiya hodisasini qanday tushuntiradi? Nega, masalan, teshikda diffraktsiya sodir bo'ladi? Gap shundaki, tushayotgan to'lqinning cheksiz tekis to'lqin yuzasidan ekran teshigi faqat kichik yorug'lik diskini kesib tashlaydi va keyingi yorug'lik maydoni butun tekislikda joylashgan ikkilamchi manbalardan to'lqinlarning aralashuvi natijasida olinadi. , lekin faqat shu diskda. Tabiiyki, yangi to'lqin sirtlari endi tekis bo'lmaydi; nurlarning yo'li egilib, to'lqin asl yo'nalishga to'g'ri kelmaydigan turli yo'nalishlarda tarqala boshlaydi. To'lqin teshikning chetlari bo'ylab o'tadi va geometrik soya maydoniga kiradi.

Kesilgan yorug'lik diskining turli nuqtalari tomonidan chiqarilgan ikkilamchi to'lqinlar bir-biriga aralashadi. Interferentsiya natijasi ikkilamchi to'lqinlarning fazalar farqi bilan aniqlanadi va nurlarning burilish burchagiga bog'liq. Natijada, interferentsiyaning maksimal va minimal o'zgarishi sodir bo'ladi - biz rasmda ko'rgan narsamiz. 2.

Frennel nafaqat Gyuygens printsipini ikkilamchi to'lqinlarning kogerentligi va interferensiyasi haqidagi muhim g'oya bilan to'ldirdi, balki o'zining mashhur hal qilish usulini ham o'ylab topdi. diffraktsiya muammolari, deb atalmish qurilish asosida Frenel zonalari. Fresnel zonalarini o'rganish maktab o'quv dasturiga kiritilmagan - siz ular haqida universitet fizika kursida bilib olasiz. Bu erda biz faqat Fresnel o'z nazariyasi doirasida bizning birinchi qonunimizni tushuntirishga muvaffaq bo'lganligini eslatib o'tamiz. geometrik optika- yorug'likning to'g'ri chiziqli tarqalish qonuni.

Difraksion panjara.

Difraksion panjara - yorug'likni spektral komponentlarga ajratish va to'lqin uzunliklarini o'lchash imkonini beruvchi optik qurilma. Difraksion panjaralar shaffof va aks ettiruvchidir.

Shaffof difraksion panjarani ko'rib chiqamiz. dan iborat katta raqam kenglik oralig'i bilan ajratilgan kenglikdagi uyalar (4-rasm). Nur faqat tirqishlardan o'tadi; bo'shliqlar yorug'lik o'tishiga yo'l qo'ymaydi. Miqdor panjara davri deb ataladi.

Guruch. 4. Difraksion panjara

Difraksion panjara shisha yoki shaffof plyonka yuzasiga chiziqlar qo'llaydigan bo'linuvchi mashina yordamida amalga oshiriladi. Bunday holda, zarbalar noaniq bo'shliqlarga aylanadi va tegilmagan joylar yoriqlar bo'lib xizmat qiladi. Agar, masalan, diffraktsiya panjarasi millimetrda 100 ta chiziqni o'z ichiga olsa, unda bunday panjara davri teng bo'ladi: d = 0,01 mm = 10 mikron.

Birinchidan, monoxromatik yorug'lik, ya'ni qat'iy belgilangan to'lqin uzunligi bo'lgan yorug'lik panjara orqali qanday o'tishini ko'rib chiqamiz. Monoxromatik yorug'likning ajoyib namunasi to'lqin uzunligi taxminan 0,65 mikron bo'lgan lazer ko'rsatgichining nuridir).

Shaklda. 5-rasmda biz diffraktsiya panjaralarining standart to'plamidan biriga tushgan bunday nurni ko'ramiz. Panjara tirqishlari vertikal holda joylashgan bo'lib, panjara ortidagi ekranda vaqti-vaqti bilan joylashgan vertikal chiziqlar kuzatiladi.

Siz allaqachon tushunganingizdek, bu interferentsiya naqshidir. Diffraktsiya panjarasi tushayotgan to'lqinni ko'plab kogerent nurlarga bo'lib, barcha yo'nalishlarda tarqaladi va bir-biriga aralashadi. Shuning uchun, ekranda biz interferentsiya maksimal va minimal - yorug'lik va quyuq chiziqlar almashinuvini ko'ramiz.

Difraksion panjara nazariyasi juda murakkab va umuman olganda uning doirasidan tashqarida. maktab o'quv dasturi. Siz faqat bitta formula bilan bog'liq eng asosiy narsalarni bilishingiz kerak; bu formula diffraktsiya panjarasi orqasidagi ekranning maksimal yoritilishining pozitsiyalarini tavsiflaydi.

Shunday qilib, tekis monoxromatik to'lqin nuqtali difraksion panjara ustiga tushsin (6-rasm). To'lqin uzunligi.

Guruch. 6. Panjara orqali diffraktsiya

Interferentsiya naqshini aniqroq qilish uchun siz panjara va ekran orasiga linza qo'yishingiz va ekranni linzaning fokus tekisligiga joylashtirishingiz mumkin. Keyin turli tirqishlardan parallel ravishda harakatlanadigan ikkilamchi to'lqinlar ekranning bir nuqtasida (linzaning yon fokusi) birlashadi. Agar ekran etarlicha uzoqda joylashgan bo'lsa, unda ob'ektivga alohida ehtiyoj yo'q - nurlar unga etib boradi. bu nuqta turli tirqishlardan ekran bir-biriga deyarli parallel bo'ladi.

Ikkilamchi to'lqinlarni burchak bilan og'ishini ko'rib chiqaylik qo'shni tirqishlardan kelayotgan ikki to'lqin orasidagi yo'l farqi kichik oyoqqa teng. to'g'ri uchburchak gipotenuza bilan; yoki, xuddi shu narsa, bu yo'l farqi uchburchakning oyog'iga teng. Lekin burchak burchakka teng, chunki u o'tkir burchaklar o'zaro perpendikulyar tomonlari bilan. Shunday qilib, bizning yo'l farqimiz ga teng.

Interferentsiya maksimallari yo'l farqi to'lqin uzunliklarining butun soniga teng bo'lgan hollarda kuzatiladi:

(1)

Agar bu shart bajarilsa, turli yoriqlardan bir nuqtaga kelgan barcha to'lqinlar fazada qo'shilib, bir-birini mustahkamlaydi. Bunday holda, ob'ektiv qo'shimcha yo'l farqini kiritmaydi - har xil nurlar linzalardan turli yo'llar bo'ylab o'tishiga qaramay. Nima uchun bu sodir bo'ladi? Biz bu masalani muhokama qilmaymiz, chunki uning muhokamasi fizika bo'yicha Yagona davlat imtihonining doirasidan tashqariga chiqadi.

Formula (1) maksimal yo'nalishlarni ko'rsatadigan burchaklarni topishga imkon beradi:

. (2)

Qachon olamiz markaziy maksimal, yoki nol buyurtma maksimal.Barcha ikkilamchi to‘lqinlarning og‘ishsiz harakatlanish yo‘lidagi farqi nolga teng bo‘lib, markaziy maksimalda ular nol faza siljishi bilan qo‘shiladi. Markaziy maksimal diffraktsiya naqshining markazi, maksimallarning eng yorqini. Ekrandagi diffraktsiya naqshi markaziy maksimalga nisbatan simmetrikdir.

Biz burchakni olganimizda:

Bu burchak uchun yo'nalishlarni belgilaydi birinchi tartib maksimal. Ulardan ikkitasi bor va ular markaziy maksimalga nisbatan nosimmetrik tarzda joylashgan. Birinchi darajali maksimaldagi yorqinlik markaziy maksimaldan biroz kamroq.

Xuddi shunday, biz burchakka egamiz:

U ko'rsatmalar beradi ikkinchi tartibli maksimal. Ulardan ikkitasi ham bor va ular ham markaziy maksimalga nisbatan nosimmetrik joylashgan. Ikkinchi tartibli maksimallardagi yorqinlik birinchi darajali maksimallarga qaraganda bir oz kamroq.

Birinchi ikkita buyurtmaning maksimal yo'nalishlari taxminan rasmda ko'rsatilgan. 7.

Guruch. 7. Birinchi ikki tartibning maksimali

Umuman olganda, ikkita simmetrik maksimal k-tartib burchak bilan aniqlanadi:

. (3)

Kichkina bo'lsa, mos keladigan burchaklar odatda kichikdir. Masalan, mkm va mkm da birinchi tartibli maksimallar burchak ostida joylashgan.Maksimalarning yorqinligi. k-tartib o'sishi bilan asta-sekin kamayadi k. Qancha maksimalni ko'rishingiz mumkin? Bu savolga (2) formuladan foydalanib javob berish oson. Axir, sinus bo'lishi mumkin emas birdan ortiq, Shunung uchun:

Yuqoridagi kabi bir xil raqamli ma'lumotlardan foydalanib, biz quyidagilarni olamiz: . Shuning uchun, berilgan panjara uchun mumkin bo'lgan eng yuqori maksimal tartib 15 ga teng.

Rasmga yana qarang. 5 . Ekranda biz 11 ta maksimalni ko'rishimiz mumkin. Bu markaziy maksimal, shuningdek, birinchi, ikkinchi, uchinchi, to'rtinchi va beshinchi tartiblarning ikkita maksimali.

Difraksion panjara yordamida siz noma'lum to'lqin uzunligini o'lchashingiz mumkin. Biz yorug'lik nurini panjara ustiga yo'naltiramiz (biz bilgan davri), burchakni birinchisining maksimal nuqtasida o'lchaymiz.
Buyurtma berish uchun formuladan (1) foydalanamiz va olamiz:

Spektral qurilma sifatida diffraktsiya panjarasi.

Yuqorida biz lazer nuri bo'lgan monoxromatik yorug'likning difraksiyasini ko'rib chiqdik. Ko'pincha siz bilan shug'ullanishingiz kerak monoxromatik bo'lmagan radiatsiya. Bu turli xil monoxromatik to'lqinlarning aralashmasidir diapazon bu radiatsiya. Masalan, oq yorug'lik qizildan binafsha ranggacha ko'rinadigan diapazondagi to'lqinlarning aralashmasidir.

Optik qurilma deyiladi spektral, agar u sizga yorug'likni monoxromatik tarkibiy qismlarga ajratishga va shu bilan nurlanishning spektral tarkibini o'rganishga imkon bersa. Eng oddiy spektral qurilma sizga yaxshi ma'lum - bu shisha prizma. Spektral qurilmalar diffraktsiya panjarasini ham o'z ichiga oladi.

Faraz qilaylik, oq yorug'lik diffraktsiya panjarasiga tushadi. Keling, (2) formulaga qaytaylik va undan qanday xulosalar chiqarish mumkinligi haqida o'ylaymiz.

Markaziy maksimal () pozitsiyasi to'lqin uzunligiga bog'liq emas. Diffraktsiya naqshining markazida ular nol yo'l farqi bilan yaqinlashadi Hammasi oq yorug'likning monoxromatik komponentlari. Shuning uchun, markaziy maksimalda biz yorqin oq chiziqni ko'ramiz.

Ammo tartibli maksimallarning pozitsiyalari to'lqin uzunligi bilan belgilanadi. Qanchalik kam bo'lsa, kichikroq burchak Buning uchun . Shuning uchun, maksimal darajada k Uchinchi tartibli monoxromatik to'lqinlar kosmosda ajratilgan: binafsha chiziq markaziy maksimalga eng yaqin bo'ladi, qizil chiziq eng uzoqda bo'ladi.

Shunday qilib, har bir tartibda oq yorug'lik panjara orqali spektrga joylashtiriladi.
Barcha monoxromatik komponentlarning birinchi tartibli maksimallari birinchi tartibli spektrni hosil qiladi; keyin ikkinchi, uchinchi va shunga o'xshash buyurtmalarning spektrlari mavjud. Har bir tartibning spektri rang bandi shakliga ega bo'lib, unda kamalakning barcha ranglari mavjud - binafshadan qizilgacha.

Oq yorug'likning diffraktsiyasi rasmda ko'rsatilgan. 8 . Biz markaziy maksimalda oq chiziqni ko'ramiz va yon tomonlarida ikkita birinchi tartibli spektr mavjud. Burilish burchagi oshgani sayin, chiziqlar rangi binafsha rangdan qizil ranggacha o'zgaradi.

Ammo difraksion panjara nafaqat spektrlarni kuzatish, ya'ni o'tkazish imkonini beradi. sifat tahlili nurlanishning spektral tarkibi. Difraksion panjaraning eng muhim afzalligi bu qobiliyatdir miqdoriy tahlil- yuqorida aytib o'tilganidek, uning yordami bilan biz mumkin o'lchash uchun to'lqin uzunliklari. Bunday holda, o'lchash tartibi juda oddiy: aslida u yo'nalish burchagini maksimal darajada o'lchashga to'g'ri keladi.

Tabiatda uchraydigan difraksion panjaralarning tabiiy misollari qush patlari, kapalak qanotlari va dengiz qobig'ining marvarid yuzasidir. Agar siz ko'zingizni qisib, quyosh nuriga qarasangiz, kirpiklar atrofida kamalak rangini ko'rishingiz mumkin.Bizning kirpiklarimiz bu holatda shaffof difraksion panjara kabi ishlaydi. 6 va linzalar shox parda va linzalarning optik tizimidir.

Difraksion panjara orqali berilgan oq yorug'likning spektral parchalanishi oddiy kompakt diskga qarash orqali eng oson kuzatiladi (9-rasm). Ma'lum bo'lishicha, disk yuzasidagi izlar aks etuvchi difraksion panjara hosil qiladi!

Ko'pincha to'lqin o'z yo'lida kichik (uzunligiga nisbatan) to'siqlarga duch keladi. To'lqin uzunligi va to'siqlarning kattaligi o'rtasidagi munosabat asosan to'lqinning harakatini belgilaydi.

To'lqinlar to'siqlarning chetida egilishi mumkin. To'siqlarning kattaligi kichik bo'lsa, to'siqlarning chetlarini aylanib o'tadigan to'lqinlar ularning orqasida yopiladi. Shunday qilib, dengiz to'lqinlari, agar uning o'lchamlari to'lqin uzunligidan kichik bo'lsa yoki u bilan taqqoslansa, suvdan chiqib ketadigan tosh atrofida erkin egiladi. Toshning orqasida to'lqinlar u erda umuman yo'qdek tarqaladi (127-rasmdagi kichik toshlar). Xuddi shunday, hovuzga tashlangan toshning to'lqini suvdan chiqib ketgan novda atrofida egiladi. To'lqin uzunligi bilan solishtirganda (127-rasmdagi katta tosh) faqat katta hajmdagi to'siqning orqasida "soya" hosil bo'ladi: to'lqinlar undan tashqariga kirmaydi.

Ovoz to'lqinlari to'siqlar atrofida egilish qobiliyatiga ham ega. Mashinaning o'zi ko'rinmasa, uyning burchagida mashinaning signalini eshitishingiz mumkin. O'rmonda daraxtlar sizning o'rtoqlaringizni qoplaydi. Ularni yo'qotmaslik uchun siz baqirishni boshlaysiz. Ovoz to'lqinlari Nurdan farqli o'laroq, ular daraxt tanasi atrofida bemalol egilib, ovozingizni o'rtoqlaringizga etkazishadi. To'lqinlarning to'g'ri chiziqli tarqalishidan chetga chiqish, to'lqinlarning to'siqlar atrofida egilishi diffraktsiya deyiladi. Diffraktsiya interferentsiya kabi har qanday to'lqin jarayoniga xosdir. Diffraktsiya to'siqlar chetidagi to'lqin sirtlarining egriligiga olib keladi.

To'lqin diffraktsiyasi, ayniqsa, to'siqlarning o'lchami to'lqin uzunligidan kichikroq yoki u bilan taqqoslanadigan hollarda aniq namoyon bo'ladi.

Toʻlqinlar yoʻliga oʻlchamlari toʻlqin uzunligidan kichik boʻlgan tor tirqishli ekran qoʻyilsa, suv yuzasida toʻlqin diffraksiyasi hodisasini kuzatish mumkin (128-rasm). Ekran orqasida dumaloq to'lqin tarqalayotgani aniq ko'rinadi, go'yo ekranning ochilish qismida tebranuvchi jism, to'lqinlarning manbai joylashgan. Gyuygens printsipiga ko'ra, shunday bo'lishi kerak. Tor tirqishdagi ikkilamchi manbalar bir-biriga shunchalik yaqin joylashganki, ularni bir nuqtali manba deb hisoblash mumkin.


Agar tirqishning o'lchami to'lqin uzunligi bilan solishtirganda katta bo'lsa, u holda ekran orqasida to'lqinlarning tarqalish sxemasi butunlay boshqacha (129-rasm). To'lqin deyarli shaklini o'zgartirmasdan, tirqishdan o'tadi. Faqat chetlarida siz to'lqin yuzasining engil egriliklarini sezishingiz mumkin, buning natijasida to'lqin qisman ekran orqasidagi bo'shliqqa kiradi. Gyuygens printsipi diffraktsiya nima uchun sodir bo'lishini tushunishga imkon beradi. Muhit qismlari tomonidan chiqarilgan ikkilamchi to'lqinlar to'lqin tarqalish yo'lida joylashgan to'siqning chetlariga kiradi.

YORINING DIFFRAKSIYASI

Agar yorug'lik to'lqinli jarayon bo'lsa, unda interferentsiyadan tashqari yorug'likning difraksiyasi ham kuzatilishi kerak. Axir, diffraktsiya - to'lqinlarning to'siqlar atrofida egilishi - har qanday to'lqin harakati uchun xosdir. Ammo yorug'likning diffraktsiyasini kuzatish oson emas. Gap shundaki, to'lqinlar to'siqlar atrofida sezilarli darajada egilib, ularning o'lchamlari to'lqin uzunligi bilan taqqoslanadi va yorug'lik to'lqinining uzunligi juda kichik.

Kichkina teshikdan yupqa yorug'lik nurini o'tkazish orqali yorug'likning to'g'ri chiziqli tarqalishi qonunining buzilishini kuzatish mumkin. Teshikning qarshisidagi yorqin nuqta, agar yorug'lik to'g'ri chiziq bo'ylab harakat qilsa, kutilganidan kattaroq bo'ladi.

Jung tajribasi. 1802 yilda yorug'lik interferensiyasini kashf etgan Yang difraksiya bo'yicha klassik tajriba o'tkazdi (203-rasm). Shaffof bo'lmagan ekranda u bir-biridan qisqa masofada joylashgan ikkita kichik teshik B va C ni pin bilan teshdi.

Bu teshiklar tor yorug'lik nurlari bilan yoritilgan, bu esa o'z navbatida boshqa ekrandagi kichik A teshikdan o'tgan. O'sha paytda o'ylash juda qiyin bo'lgan ushbu tafsilot tajribaning muvaffaqiyatini hal qildi. Faqat kogerent to'lqinlar aralashadi. Gyuygens tamoyiliga muvofiq vujudga kelgan sferik to'lqin A teshigidan B va C teshiklarda qo'zg'atilgan kogerent tebranishlar. Difraksiya tufayli B va C teshiklaridan qisman bir-biriga yopishgan ikkita yorug'lik konuslari paydo bo'ldi. Yorug'lik to'lqinlarining interferentsiyasi natijasida ekranda o'zgaruvchan yorug'lik va quyuq chiziqlar paydo bo'ldi. Teshiklardan birini yopib, Young interferentsiya chekkalari yo'qolganini aniqladi. Aynan shu tajriba yordamida Yang birinchi bo'lib turli rangdagi yorug'lik nurlariga mos keladigan to'lqin uzunliklarini va juda aniq o'lchadi.

Frenel nazariyasi. Diffraktsiyani o'rganish Fresnel ishlarida yakunlandi. Fresnel diffraksiyaning turli holatlarini nafaqat eksperimental ravishda batafsil o'rganibgina qolmay, balki diffraktsiyaning miqdoriy nazariyasini ham yaratdi, bu esa, asosan, yorug'lik har qanday to'siqlar atrofida egilganida paydo bo'ladigan diffraktsiya naqshini hisoblash imkonini beradi. U birinchi bo'lib to'lqin nazariyasi asosida yorug'likning bir jinsli muhitda to'g'ri chiziqli tarqalishini tushuntirdi.

Fresnel bu muvaffaqiyatlarga Gyuygens printsipini ikkilamchi to'lqinlarning aralashuvi g'oyasi bilan birlashtirish orqali erishdi. Bu to'rtinchi bobda allaqachon qisqacha aytib o'tilgan.

Kosmosning istalgan nuqtasida yorug'lik to'lqinining amplitudasini hisoblash uchun siz yorug'lik manbasini yopiq sirt bilan o'rab olishingiz kerak. Ushbu sirtda joylashgan ikkilamchi manbalardan to'lqinlarning aralashuvi ko'rib chiqilayotgan fazodagi nuqtadagi amplitudani aniqlaydi.

Bunday hisob-kitoblar sferik to'lqinlar chiqaradigan S nuqta manbasidan yorug'lik B fazoda ixtiyoriy nuqtaga qanday etib borishini tushunishga imkon berdi (204-rasm).

Agar biz radiusi R bo'lgan sferik to'lqin yuzasida ikkilamchi manbalarni ko'rib chiqsak, u holda bu manbalardan ikkilamchi to'lqinlarning B nuqtadagi interferensiyasi natijasi xuddi kichik sferik segmentdagi ikkilamchi manbalargina nuqtaga yorug'lik yuborgandek bo'ladi. B. Er yuzasining qolgan qismida joylashgan manbalar chiqaradigan ikkilamchi to’lqinlar interferensiya natijasida bir-birini bekor qiladi.Shuning uchun hamma narsa yorug’lik faqat SB to’g’ri chiziq bo’ylab, ya’ni to’g’ri chiziqli tarqalayotgandek sodir bo’ladi.

Shu bilan birga, Fresnel turli xil to'siqlar bilan diffraktsiyani miqdoriy jihatdan tekshirdi.

1818 yilda Frantsiya Fanlar akademiyasining yig'ilishida qiziq voqea yuz berdi. Yig'ilishda qatnashgan olimlardan biri Fresnel nazariyalari aniq bir-biriga zid bo'lgan faktlarni o'z ichiga olganligiga e'tibor qaratdi. umumiy ma'noda. Muayyan teshik o'lchamlari va teshikdan yorug'lik manbasiga va ekranga ma'lum masofalar uchun yorug'lik joyining markazida qorong'u nuqta bo'lishi kerak. Kichkina shaffof diskning orqasida, aksincha, soyaning markazida yorug'lik joyi bo'lishi kerak. O'tkazilgan tajribalar haqiqatan ham shunday ekanligini isbotlaganida, olimlar hayratda qolganini tasavvur qiling.

Turli to'siqlardan diffraktsiya naqshlari. Yorug'likning to'lqin uzunligi juda qisqa bo'lganligi sababli, yorug'likning to'g'ri chiziqli tarqalish yo'nalishidan burilish burchagi kichik. Shuning uchun, diffraktsiyani aniq kuzatish uchun (xususan, hozirgina muhokama qilingan holatlarda) yorug'lik bilan egilgan to'siq va ekran orasidagi masofa katta bo'lishi kerak.

205-rasmda turli to'siqlardan diffraktsiya naqshlari fotosuratlarda qanday ko'rinishi ko'rsatilgan: a) ingichka sim; b) dumaloq teshik; c) dumaloq ekran.

Uch santimetrli to'lqin uchun Fresnel zonalari

Uch santimetrli to'lqinlar uchun zona plitasi

Uch santimetrli to'lqinlar: Puasson nuqtasi

Uch santimetrli to'lqinlar: faza zonasi plitasi

Dumaloq teshik. Geometrik optika - Fresnel difraksiyasi

Dumaloq teshik. Frenel diffraktsiyasi - Fraungofer diffraktsiyasi

Diffraktsiya naqshlarini taqqoslash: iris diafragmasi va dumaloq teshik

Puasson joyi

Fizikada yorug'lik diffraksiyasi - yorug'lik to'lqinlarining tarqalishi paytida geometrik optika qonunlaridan chetga chiqish hodisasi.

Atama " diffraktsiya"Lotin tilidan olingan diffraktus, bu so'zma-so'z "to'siq atrofida egilgan to'lqinlar" degan ma'noni anglatadi. Dastlab, diffraktsiya hodisasi aynan shu tarzda ko'rib chiqilgan. Aslida, bu ancha kengroq tushuncha. To'lqin yo'lida to'siqning mavjudligi har doim diffraktsiyani keltirib chiqarsa-da, ba'zi hollarda to'lqinlar uning atrofida egilib, geometrik soya hududiga kirib borishi mumkin, boshqalarida ular faqat ma'lum bir yo'nalishda buriladi. Chastota spektri bo'ylab to'lqinlarning parchalanishi ham diffraktsiyaning ko'rinishidir.

Yorug'lik diffraktsiyasi qanday namoyon bo'ladi?

Shaffof bir hil muhitda yorug'lik to'g'ri chiziq bo'ylab tarqaladi. Keling, yorug'lik nurining yo'lida kichik doira shaklidagi teshikli shaffof bo'lmagan ekranni joylashtiramiz. Uning orqasida etarlicha katta masofada joylashgan kuzatish ekranida biz ko'ramiz difraksion rasm: o'zgaruvchan yorug'lik va qorong'u halqalar. Agar ekrandagi teshik tirqish shakliga ega bo'lsa, diffraktsiya naqshlari boshqacha bo'ladi: doiralar o'rniga biz parallel ravishda almashinadigan yorug'lik va quyuq chiziqlarni ko'ramiz. Ularning paydo bo'lishiga nima sabab bo'ladi?

Gyuygens-Frenel printsipi

Ular diffraksiya hodisasini Nyuton davrida tushuntirishga harakat qilishgan. Lekin buni o'sha paytda mavjud bo'lganlar asosida qilish korpuskulyar nazariya yorug'lik yo'q edi.

Kristian Gyuygens

1678 yilda golland olimi Kristian Gyuygens uning nomi bilan atalgan printsipni ishlab chiqdi, unga ko'ra to'lqin jabhasining har bir nuqtasi(to'lqin erishgan sirt) yangi ikkilamchi to'lqinning manbai hisoblanadi. Va ikkilamchi to'lqinlarning sirtlari konverti to'lqin jabhasining yangi holatini ko'rsatadi. Bu tamoyil yorug'lik to'lqinining harakat yo'nalishini aniqlash va turli hollarda to'lqin sirtlarini qurish imkonini berdi. Lekin u difraksiya hodisasini tushuntirib bera olmadi.

Augustin Jan Fresnel

Ko'p yillar o'tib, 1815 yilda Fransuz fizigiAugustin Jan Fresnel kogerentlik va toʻlqin interferensiyasi tushunchalarini kiritish orqali Gyuygens tamoyilini ishlab chiqdi. Gyuygens printsipini ular bilan to'ldirib, u ikkilamchi yorug'lik to'lqinlarining interferensiyasi bilan difraksiya sababini tushuntirdi.

Interferentsiya nima?

Interferentsiya superpozitsiya hodisasi deb ataladi izchil(bir xil tebranish chastotasiga ega) bir-biriga qarshi to'lqinlar. Ushbu jarayon natijasida to'lqinlar bir-birini kuchaytiradi yoki zaiflashtiradi. Biz optikada yorug'likning interferensiyasini o'zgaruvchan yorug'lik va quyuq chiziqlar sifatida kuzatamiz. Ajoyib misol yorug'lik to'lqinlarining aralashuvi - Nyuton halqalari.

Ikkilamchi to'lqinlarning manbalari bir xil to'lqin jabhasining bir qismidir. Shuning uchun ular bir-biriga mos keladi. Bu chiqarilgan ikkilamchi to'lqinlar o'rtasida interferensiya kuzatilishini anglatadi. Kosmosning yorug'lik to'lqinlari kuchayadigan nuqtalarida biz yorug'likni (maksimal yorug'lik) ko'ramiz va ular bir-birini bekor qiladigan joylarda biz qorong'ulikni (minimal yoritish) ko'ramiz.

Fizikada yorug'lik diffraktsiyasining ikki turi ko'rib chiqiladi: Frenel diffraktsiyasi (teshik orqali diffraktsiya) va Fraungofer diffraktsiyasi (tirik bilan diffraktsiya).

Frenel diffraktsiyasi

Agar yorug'lik to'lqini yo'liga tor dumaloq teshikli (diafragma) shaffof bo'lmagan ekran o'rnatilgan bo'lsa, bunday diffraktsiyani kuzatish mumkin.

Agar yorug'lik to'g'ri chiziq bo'ylab tarqalsa, biz kuzatish ekranida yorqin nuqtani ko'ramiz. Darhaqiqat, yorug'lik teshikdan o'tayotganda, u ajralib chiqadi. Ekranda siz konsentrik (umumiy markazga ega) o'zgaruvchan yorug'lik va qorong'i halqalarni ko'rishingiz mumkin. Ular qanday shakllangan?

Gyuygens-Fresnel printsipiga ko'ra, yorug'lik to'lqinining old qismi, ekrandagi teshik tekisligiga etib, ikkilamchi to'lqinlarning manbai bo'ladi. Ushbu to'lqinlar kogerent bo'lgani uchun ular aralashadi. Natijada, kuzatish nuqtasida biz o'zgaruvchan yorug'lik va qorong'u doiralarni (yorug'likning maksimal va minimal qiymatini) kuzatamiz.

Uning mohiyati quyidagicha.

Tasavvur qilaylik, sferik yorug'lik to'lqini manbadan tarqaladi S 0 kuzatish nuqtasiga M . Nuqta orqali S sharsimon to'lqin yuzasi o'tadi. Keling, uni halqa zonalariga ajratamiz, shunda zonaning chetidan nuqtagacha bo'lgan masofa M yorug'likning ½ to'lqin uzunligi bilan farqlanadi. Olingan halqasimon zonalar Frenel zonalari deb ataladi. Va bo'linish usulining o'zi deyiladi Frenel zonasi usuli .

Nuqtadan masofa M birinchi Fresnel zonasining to'lqin yuzasiga teng l + ƛ/2 , ikkinchi zonaga l + 2ƛ/2 va hokazo.

Har bir Fresnel zonasi ma'lum bir fazaning ikkilamchi to'lqinlarining manbai hisoblanadi. Ikki qo'shni Fresnel zonasi antifazada. Bu shuni anglatadiki, qo'shni zonalarda paydo bo'ladigan ikkilamchi to'lqinlar kuzatish nuqtasida bir-birini susaytiradi. Ikkinchi zonadan kelgan to'lqin birinchi zonadan to'lqinni susaytiradi va uchinchi zonadan to'lqin uni kuchaytiradi. To'rtinchi to'lqin yana birinchisini zaiflashtiradi va hokazo. Natijada, kuzatish nuqtasidagi umumiy amplituda teng bo'ladi A = A 1 - A 2 + A 3 - A 4 + ...

Agar yorug'lik yo'liga faqat birinchi Fresnel zonasini ochadigan to'siq qo'yilsa, natijada paydo bo'lgan amplituda teng bo'ladi. A 1 . Bu shuni anglatadiki, kuzatuv nuqtasida radiatsiya intensivligi barcha zonalar ochiq bo'lgan holatga qaraganda ancha yuqori bo'ladi. Va agar siz barcha juft sonli zonalarni yopsangiz, intensivlik ko'p marta ortadi, chunki uni zaiflashtiradigan zonalar bo'lmaydi.

Juft yoki toq zonalarni maxsus qurilma yordamida blokirovka qilish mumkin, bu shisha plastinka bo'lib, unda konsentrik doiralar o'yilgan. Ushbu qurilma deyiladi Frenel plitasi.

Misol uchun, agar plastinkaning qorong'u halqalarining ichki radiusi toq Fresnel zonalarining radiuslariga va tashqi radiuslari juftlarning radiuslariga to'g'ri kelsa, bu holda juft zonalar "o'chirilgan" bo'ladi. Bu kuzatish nuqtasida yorug'likning oshishiga olib keladi.

Fraungofer diffraktsiyasi

Yassi monoxromatik yorug'lik to'lqinining yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan tor tirqishli ekran ko'rinishidagi to'siq qo'yilsa, butunlay boshqacha diffraktsiya naqshlari paydo bo'ladi. Kuzatuv ekranidagi yorug'lik va qorong'u konsentrik doiralar o'rniga biz o'zgaruvchan yorug'lik va quyuq chiziqlarni ko'ramiz. Eng yorqin chiziq markazda joylashgan bo'ladi. Markazdan uzoqlashganda, chiziqlar yorqinligi pasayadi. Bu difraksiya Fraungofer diffraksiyasi deb ataladi. Bu ekranga parallel yorug'lik nuri tushganda sodir bo'ladi. Uni olish uchun yorug'lik manbai linzalarning fokus tekisligiga joylashtiriladi. Kuzatish ekrani tirqish orqasida joylashgan boshqa linzaning fokus tekisligida joylashgan.

Agar yorug'lik to'g'ri chiziqli tarqaladigan bo'lsa, u holda biz ekranda O nuqtadan (linzaning fokusi) o'tadigan tor yorug'lik chizig'ini kuzatamiz. Lekin nega biz boshqacha rasmni ko'ramiz?

Gyuygens-Fresnel printsipiga ko'ra, ikkilamchi to'lqinlar to'lqin jabhasining tirqishga etib kelgan har bir nuqtasida hosil bo'ladi. Ikkilamchi manbalardan keladigan nurlar o'z yo'nalishini o'zgartiradi va dastlabki yo'nalishdan burchak bilan og'adi φ . Ular bir nuqtada yig'ilishadi P linzalarning fokus tekisligi.

Yoriqni Fresnel zonalariga shunday ajratamizki, qo'shni zonalardan chiqadigan nurlar orasidagi optik yo'l farqi to'lqin uzunligining yarmiga teng bo'ladi. ƛ/2 . Agar bunday zonalarning toq soni bo'shliqqa to'g'ri kelsa, u holda nuqtada R maksimal yoritishni kuzatamiz. Va agar u teng bo'lsa, unda minimal.

b · gunoh φ= + 2 m ·ƛ/2 - minimal intensivlik holati;

b · gunoh φ= + 2( m +1)·ƛ/2 - maksimal intensivlik holati,

Qayerda m - zonalar soni, ƛ - to'lqin uzunligi, b - bo'shliqning kengligi.

Burilish burchagi tirqishning kengligiga bog'liq:

gunoh φ= m ·ƛ/ b

Yoriq qanchalik keng bo'lsa, minimallarning pozitsiyalari markazga ko'proq siljiydi va markazdagi maksimal yorqinroq bo'ladi. Va bu yoriq qanchalik tor bo'lsa, diffraktsiya naqshlari shunchalik keng va loyqa bo'ladi.

Difraksion panjara

Yorug'lik diffraktsiyasi hodisasi optik qurilmada qo'llaniladi difraksion panjara . Har qanday sirtda bir xil kenglikdagi parallel yoriqlar yoki protrusionlarni teng oraliqda joylashtirsak yoki yuzaga zarbalar qo'llasak, bunday qurilmani olamiz. Slotlar yoki protrusionlar markazlari orasidagi masofa deyiladi diffraktsiya panjarasining davri va harf bilan belgilanadi d . Agar 1 mm panjara bo'lsa N chiziqlar yoki yoriqlar, keyin d = 1/ N mm.

Panjara yuzasiga tushgan yorug'lik chiziqlar yoki yoriqlar bilan alohida kogerent nurlarga bo'linadi. Ushbu nurlarning har biri diffraktsiyaga duchor bo'ladi. Interferentsiya natijasida ular kuchayadi yoki zaiflashadi. Va ekranda biz kamalak chiziqlarini ko'ramiz. Burilish burchagi to'lqin uzunligiga bog'liq bo'lgani uchun va har bir rang o'z to'lqin uzunligiga ega bo'lganligi sababli, diffraktsiya panjarasidan o'tgan oq yorug'lik spektrga parchalanadi. Bundan tashqari, to'lqin uzunligi uzunroq bo'lgan yorug'lik kattaroq burchakka buriladi. Ya'ni, qizil yorug'lik prizmadan farqli o'laroq, aksincha sodir bo'ladigan diffraksion panjarada eng kuchli buriladi.

Difraksion panjaraning juda muhim xususiyati burchak dispersiyasidir:

Qayerda ∆ φ - ikki to'lqinning interferentsiya maksimallari orasidagi farq;

∆ƛ - ikki to'lqin uzunligi bir-biridan farq qiladigan miqdor.

k - tartib raqam diffraktsiya tasvirining markazidan o'lchanadigan difraksion maksimal.

Difraksion panjaralar shaffof va aks ettiruvchiga bo'linadi. Birinchi holda, yoriqlar shaffof bo'lmagan materialdan tayyorlangan ekranda kesiladi yoki shaffof yuzaga zarbalar qo'llaniladi. Ikkinchisida oyna yuzasiga zarbalar qo'llaniladi.

Hammamizga tanish bo'lgan kompakt disk 1,6 mikron davriga ega bo'lgan aks ettiruvchi difraksion panjaraning namunasidir. Ushbu davrning uchinchi qismi (0,5 mikron) yozib olingan ma'lumotlar saqlanadigan chuqurchaga (tovush treki) hisoblanadi. U yorug'likni tarqatadi. Qolgan 2/3 (1,1 mikron) yorug'likni aks ettiradi.

Diffraktsiya panjaralari spektral asboblarda keng qo'llaniladi: to'lqin uzunligini aniq o'lchash uchun spektrograflar, spektrometrlar, spektroskoplar.

Yengil shabada esib, to'lqinlar (kichik uzunlikdagi va amplitudali to'lqin) suv yuzasi bo'ylab yugurib, uning yo'lida turli to'siqlarga duch keldi, suv yuzasida, o'simlik poyalari, daraxt shoxlari. Shoxning orqa tomonida suv sokin, hech qanday bezovtalik yo'q, to'lqin o'simlik poyasi atrofida egiladi.

TO'LQIN DIFFRAKSIYASI (lot. difraktus- singan) to'lqinlar turli to'siqlar atrofida egilib. To'lqin diffraktsiyasi har qanday to'lqin harakati uchun xarakterlidir; to'siqning o'lchamlari to'lqin uzunligidan kichikroq yoki u bilan taqqoslanadigan bo'lsa paydo bo'ladi.

Yorug'likning diffraktsiyasi - to'siqlar yonidan o'tganda yorug'likning to'g'ri chiziqli tarqalish yo'nalishidan og'ish hodisasi. Difraksiya paytida yorug'lik to'lqinlari shaffof bo'lmagan jismlar chegaralari atrofida egilib, geometrik soyalar hududiga kirib borishi mumkin.
To'siq teshik, bo'shliq yoki shaffof bo'lmagan to'siqning chekkasi bo'lishi mumkin.

Yorug'likning diffraksiyasi yorug'likning to'g'ri chiziqli tarqalish qonunini buzgan holda geometrik soya mintaqasiga kirib borishida o'zini namoyon qiladi. Masalan, yorug'likni kichik dumaloq teshikdan o'tkazib, biz ekranda chiziqli tarqalish bilan kutilganidan ko'ra kattaroq yorqinroq nuqtani topamiz.

Yorug'likning qisqa to'lqin uzunligi tufayli yorug'likning to'g'ri chiziqli tarqalish yo'nalishidan burilish burchagi kichik. Shuning uchun, diffraktsiyani aniq kuzatish uchun juda kichik to'siqlardan foydalanish yoki ekranni to'siqlardan uzoqroqqa joylashtirish kerak.

Diffraktsiya Gyuygens-Frennel printsipi asosida tushuntiriladi: to'lqin frontidagi har bir nuqta ikkilamchi to'lqinlarning manbai. Difraksion naqsh ikkilamchi yorug'lik to'lqinlarining interferentsiyasidan kelib chiqadi.

A va B nuqtalarda hosil bo'lgan to'lqinlar kogerentdir. O, M, N nuqtalarda ekranda nima kuzatiladi?

Diffraktsiya faqat masofalarda aniq kuzatiladi

bu erda R - to'siqning xarakterli o'lchamlari. Qisqa masofalarda geometrik optika qonunlari amal qiladi.

Diffraktsiya hodisasi optik asboblarning (masalan, teleskop) o'lchamlariga cheklov qo'yadi. Natijada teleskopning fokus tekisligida murakkab difraksion naqsh hosil bo'ladi.

Difraksion panjara - bir xil tekislikda joylashgan, shaffof bo'lmagan bo'shliqlar bilan ajratilgan ko'p sonli tor, parallel, bir-biriga shaffof yorug'lik joylari (tiriklari) to'plamidir.

Diffraktsiya panjaralari yorug'likni aks ettiruvchi yoki o'tkazuvchi bo'lishi mumkin. Ularning ishlash printsipi bir xil. Panjara shisha yoki metall plastinkada davriy parallel urishlarni amalga oshiradigan ajratuvchi mashina yordamida amalga oshiriladi. Yaxshi diffraktsiya panjarasi 100 000 tagacha chiziqni o'z ichiga oladi. Belgilaymiz:

a- yorug'likka shaffof bo'lgan yoriqlar (yoki aks ettiruvchi chiziqlar) kengligi;
b- shaffof bo'lmagan joylarning kengligi (yoki yorug'lik tarqaladigan joylar).
Kattalik d = a + b diffraktsiya panjarasining davri (yoki doimiysi) deb ataladi.

Panjara tomonidan yaratilgan difraksion naqsh murakkab. U asosiy maksimal va minimallarni, ikkilamchi maksimallarni va tirqish orqali diffraktsiya tufayli qo'shimcha minimallarni ko'rsatadi.
Spektrdagi tor yorqin chiziqlar bo'lgan asosiy maksimallar difraksion panjara yordamida spektrlarni o'rganishda amaliy ahamiyatga ega. Agar oq yorug'lik diffraktsiya panjarasiga tushsa, uning tarkibiga kiradigan har bir rangning to'lqinlari o'zlarining diffraktsiya maksimallarini hosil qiladi. Maksimal joylashuv to'lqin uzunligiga bog'liq. Nol balandliklar (k = 0 ) barcha to'lqin uzunliklari uchun tushayotgan nurning yo'nalishlarida hosil bo'ladi (β = 0 ), shuning uchun diffraktsiya spektrida markaziy yorqin chiziq mavjud. Uning chap va o'ng tomonida rang diffraktsiyasining maksimallari kuzatiladi turli tartib. Diffraktsiya burchagi to'lqin uzunligiga proportsional bo'lganligi sababli, qizil nurlar binafsha nurlarga qaraganda ko'proq buriladi. Diffraktsiya va prizmatik spektrlardagi ranglar tartibidagi farqga e'tibor bering. Shu tufayli prizma bilan bir qatorda spektral apparat sifatida difraksion panjara ishlatiladi.

Difraksion panjaradan o'tayotganda, uzunligi bo'lgan yorug'lik to'lqini λ ekran intensivlikning minimal va maksimal ketma-ketligini beradi. Maksimal intensivlik b burchak ostida kuzatiladi:

Bu erda k - diffraktsiya maksimal tartibi deb ataladigan butun son.

Asosiy xulosa:

Oq va har qanday murakkab yorug'likni panjara bilan diffraktsiyada mustaqil harakat qiladigan turli to'lqin uzunliklariga ega bo'lgan monoxromatik to'lqinlarning superpozitsiyasi deb hisoblash mumkin. Shunga ko'ra, har bir to'lqin uzunligi uchun shartlar (7), (8), (9) turli burchaklarda qondiriladi, ya'ni. panjaraga tushgan yorug'likning monoxromatik komponentlari fazoviy ravishda ajratilgan ko'rinadi. Panjaraga tushayotgan yorug'likning barcha monoxromatik komponentlari uchun m-tartibdagi asosiy difraksion maksimallar to'plami (m≠0) m-tartibli diffraktsiya spektri deyiladi.

Nol tartibli asosiy difraksion maksimalning holati (markaziy maksimal ph=0) toʻlqin uzunligiga bogʻliq emas va oq yorugʻlik uchun u oq chiziqqa oʻxshaydi. tushayotgan oq yorug'lik uchun m-tartibdagi diffraktsiya spektri (m≠0) rangli chiziq shakliga ega bo'lib, unda kamalakning barcha ranglari paydo bo'ladi va uchun murakkab yorug'lik diffraktsiya panjarasiga tushayotgan murakkab yorug'likning monoxromatik komponentlariga mos keladigan spektral chiziqlar to'plami shaklida (2-rasm).

Spektral qurilma sifatida diffraktsiya panjarasi quyidagi asosiy xususiyatlarga ega: aniqlik R, burchak dispersiyasi D va dispersiya hududi G.

Ikki spektral chiziqning to'lqin uzunliklaridagi eng kichik farq dl, bunda spektr apparati bu chiziqlarni hal qiladi, spektral ajraladigan masofa deb ataladi va qiymat apparatning ruxsati hisoblanadi.

Spektral aniqlik sharti (Rayleigh mezonlari):

Yaqin to'lqin uzunliklari l va l' bo'lgan spektral chiziqlar, agar bitta to'lqin uzunligi uchun diffraktsiya naqshining asosiy maksimali boshqa to'lqin uchun bir xil tartibda birinchi diffraktsiya minimumi bilan mos keladigan bo'lsa, echilgan hisoblanadi.

Rayleigh mezonidan foydalanib, biz quyidagilarni olamiz:

, (10)

Bu erda N - diffraktsiyada ishtirok etadigan panjara chiziqlari (tiriklari) soni, m - diffraktsiya spektrining tartibi.

Va maksimal ruxsat:

, (11)

bu erda L - diffraktsiya panjarasining umumiy kengligi.

Burchak dispersiyasi D - to'lqin uzunligi bo'yicha 1 ga farq qiladigan ikkita spektral chiziq uchun yo'nalishlar orasidagi burchak masofasi sifatida belgilangan miqdor

Va
.

Asosiy difraksiya maksimal shartidan

(12)

Dispersiya hududi G - qo'shni tartiblarning diffraktsiya spektrlari bir-biriga mos kelmaydigan Dl spektral oralig'ining maksimal kengligi.

, (13)

bu erda l - spektral intervalning boshlang'ich chegarasi.

O'rnatish tavsifi.

Difraksion panjara yordamida to'lqin uzunligini aniqlash vazifasi diffraktsiya burchaklarini o'lchashga to'g'ri keladi. Ushbu ishdagi bu o'lchovlar goniometr (protractor) bilan amalga oshiriladi.

Goniometr (3-rasm) quyidagi asosiy qismlardan iborat: graduslardagi asosiy shkala bosilgan jadvalli (I) taglik (terish –L); asosga qattiq mahkamlangan kollimator (II) va sahna markazidan o'tuvchi o'q atrofida aylana oladigan halqaga o'rnatilgan optik trubka (III). Halqada bir-biriga qarama-qarshi joylashgan ikkita nonius N bor.

Kollimator F1 linzali nay bo'lib, uning fokus tekisligida kengligi taxminan 1 mm bo'lgan tor S tirqish va ko'rsatkich ipi H bo'lgan harakatlanuvchi okulyar O mavjud.

O'rnatish ma'lumotlari:

Goniometrning asosiy shkalasining eng kichik bo'linmasining narxi 1 0 ga teng.

Vernier bo'linish narxi - 5.

Difraksion panjara doimiysi
, [mm].

Laboratoriya ishlarida yorug'lik manbai sifatida diskret emissiya spektriga ega bo'lgan simob chiroq (DRSh 250 - 3) ishlatiladi. Ish eng yorqin spektral chiziqlarning to'lqin uzunliklarini o'lchaydi: ko'k, yashil va ikkita sariq (2b-rasm).