Мета роботи: Вивчення дифракції Фраунгофера на решітці, визначення періоду решітки та вимір довжин хвиль спектра ртуті.
Теоретичні основи роботи.
Дифракцією називається явище відхилення напрямку світла від прямолінійності при поширенні в середовищі з різко вираженими неоднорідностями. Такими неоднородностями можуть бути вузькі щілини, маленькі отвори, тонкі перешкоди. Розміри цих неоднорідностей повинні бути порівнянні з довжиною хвилі l.
У даній роботі розглядається дифракція світла, що викликається дією дифракційної решітки. Дифракційна решітка являє собою сукупність великого числа однакових близько розташованих щілин. Відстань d між центрами сусідніх щілин називається періодом решітки;
де а - ширина кожної щілини;
b - ширина непрозорого проміжку між щілинами.
Якщо на таку решітку нормально падає монохроматична хвиля, то на нескінченності або в фокальній площині лінзи L (рис. 1) буде спостерігатися дифракційна картина з розподілом інтенсивності, представленим на рис. 2 (суцільна крива). Пунктирною лінією на рис. 2 показано розподіл інтенсивності в дифракційної картині від однієї щілини. На місці дифракційного максимуму в картині від однієї щілини тепер спостерігається ряд інтенсивних максимумів (головних) і додаткових слабких максимумів (побічних). Між головними і побічними максимумами розташовані побічні мінімуми. При хворому числі щілин побічні максимуми практично не видно.
Як видно з рис. 1, різниця ходу хвиль то двох сусідніх щілин Δ = dsinj. Умова головних максимумів для дифракційної решітки виражається співвідношенням
Число m в рівнянні (1) називається порядком дифракційного максимуму.
Якщо на решітку падає світло, що містить ряд спектральних компонент, то відповідно до формули (1) головні максимуми для різних компонент утворюються під різними кутами: решітка розкладає світло в спектр. Характеристиками решітки для спектрального приладу є кутова дисперсія і роздільна здатність.
Дисперсія D визначається як кутову відстань між двома спектральними лініями, що відрізняються за довжинами хвиль на одиницю, тобто
Роздільною здатністю називається величина
де dl - мінімальний інтервал довжин хвиль, при якому дві лінії з довжинами хвиль l і l + dl ще можна розв'язати, тобто видно роздільно. За критерієм Рале дві близькі лінії вважаються ще можна вирішити (видно роздільно), якщо головний максимум однієї з них збігається з мінімумом (найближчим до головного максимуму) інший (рис. 3).
Опис методу і установки.
Оптична схема установки представлена на рис. 4. Установка збирається на оптичній лаві. Джерелом світла є ртутна лампа 1. Паралельний пучок світла, що падає на решітку 5, формується лінзами 2, 4 і щілиною 3. Дифракційна картина спостерігається на екрані 6 у вигляді спектральних ліній синього, зеленого і жовтого кольору. Ці лінії відхиляються від оптичної осі під різними кутами j. Виходячи з умови (1) можна визначити довжину хвилі, відповідну видимої спектральної лінії: