Измерение длины волны красного и фиолетового участков спектра белого света с помощью дифракционной решетки, страница 2

Пусть на непрозрачный экран с отверстием падает параллельный пучок света, которому соответствует плоский Фронт волны , см. рис.1.

Геометрическая иллюстрация дифракции света

Открытая часть, волнового фронта может рассматриваться как совокупность огромного числа виртуальных (от латинского virtual – возможный, вероятный) источников вторичных элементарных волн. Согласно принципу Гюйгенса новый фронт волны определится как огибающая всех элементарных фронтов волн. Даль­нейшее направление распространения волны определится направления­ми нормалей к волновому Фронту. Из рис.1 мы видим, что свет попа­дает в область геометрической тени. Однако, указывая на геометри­ческую возможность дифракции, принцип Гюйгенса не позволяет про­вести аналитическое исследование дифракционной картины.

Анализ состояния светового поля за препятствием может быть выполнен на основе принципа Гюйгенса - Френеля, суть которого состоит в том, что световое колебание в точке пространства определя­ется как результат сложения колебаний от отдельных участков открытой части волнового Фронта с учетом их фазы и амплитуды.

Указанный принцип, таким образом, утверждает тесную взаимо­связь интерференции и дифракции. Строго говоря, последние явля­ются двумя гранями одного явления: различие между ними может ока­заться чисто условным.

Обычно под интерференцией понимается процесс стационарного перераспределения энергии в световом поле двух когерентных источ­ников, тогда как под дифракцией понимается интерференция от бесчисленного множества когерентных источников света (в особую груп­пу выделяется случай многолучевой интерференции).    

И, наконец, последнее замечание. Почему явление дифракции необходимо изучать в техническом вузе?

Дело в том, что с дифракционными явлениями мы широко сталки­ваемся в инженерной практике при расчетах антенных устройств и в задачах распространения радиоволн, при конструировании, дифракци­онных спектральных приборов, в задачах рентгеновского фазового и структурного анализа вещества, при оценке пределов возможностей оптических приборов.

1.3.  Дифракционная решетка

Дифракционная решетка – спектральный дифракционный прибор, представляющий собой прозрачную или отражающую пластинку, на которую каким-либо образом наносится штриховка, так что поверхность пластинки представляется последовательностью темных и светлых промежутков.

Пусть а – ширина светлого (или прозрачного) промежутка, а b – темного промежутка, величина  называется периодом решетки.

Формирование дифракционной картины

Пусть на дифракционную решетку нормально к ней падает пучок параллельных лучей. Открытая часть поверхности волнового фронта согласно принципу Гюйгенса представляет собой множество виртуаль­ных когерентных источников.

Строгий анализ должен включать в себя рассмотрение сложения колебаний от разных участков одной и той же щели и от соседних щелей. Этот анализ имеется в учебной литературе. Мы же ограничимся рассмотрением дифракционной картины, используя приближенные подходы.

Обратим внимание, что каждой точке левой щели (промежутка) можно поставить в соответствие точку правой щели, имеющую такое же расположение относительно краев. Разность хода лучей ,идущих под углом  к направлению падающего пучка для соответ­ственных точек двух соседних щелей одна и та же, равная . Если , где  , то по направлению  имеем максимум интерференции, если же,то имеем минимум интерференции.