Дифракция Фраунгофера на одномерной дифракционной решетке

Опр. 14.2. Одномерная дифракцион­ная решетка — система параллельных щелей равной ширины, лежащих в одной плоскости и разделенных равными по ши­рине непрозрачными промежутками.

Дифракционная картина на решетке определяется как результат взаимной ин­терференции волн, идущих от всех щелей, т.е. в дифракционной решетке осущест­вляется многолучевая интерференция ко­герентных дифрагированных пучков све­та, идущих от всех щелей.

Опр. 14.3. Постоянной (периодом) дифракционной решетки называется величина d=a+b, где a - ширина каждой щели, а b - ширина не­прозрачных участков между щелями.

Так как щели находятся друг от друга на одинаковых расстояниях, то разности хода лучей, идущих от двух соседних щелей, будут для данного направления одина­ковы в пределах всей дифракционной решетки: (14.5’)

Если дифракционная решетка состоит из Nщелей, (где l - длина решетки), то

условием главных миниму­мов является условие (14.2), (m=1, 2, 3,...),

условием главных максимумов —условие (14.7), (m=0, 1, 2,…)

условием дополнительных минимумов (14.8)

где Следовательно, в случае N щелей между двумя главными максиму­мами располагается N— 1 дополнитель­ных минимумов, разделенных вторичными максимумами, создающими весьма сла­бый фон.

Чем больше щелей N, тем большее количество световой энергии пройдет че­рез решетку, тем больше минимумов обра­зуется между соседними главными макси­мумами, тем, следовательно, более интен­сивными и более острыми будут максиму­мы.

Интенсивность главных максимумов растет пропорционально .

Число главных максимумов (так как модуль sin) (14.9)

Положение главных максимумов за­висит от длины волны . Поэтому при пропускании через решетку белого света все максимумы, кроме цен­трального (т=0), разложатся в спектр, фиолетовая область которого будет обра­щена к центру дифракционной картины, красная — наружу. Это свойство дифрак­ционной решетки используется для иссле­дования спектрального состава света (оп­ределения длин волн и интенсивностей всех монохроматических компонентов), - дифракционная решетка может быть использована как спектральный прибор.

Дифракционные решетки, используе­мое в различных областях спектра, разли­чается размерами, формой, материалом поверхности, профилем штрихов и их частотой (от 6000 до 0,25 штрих/мм, что позволяет перекрывать область спектра от ультрафиолетовой его части до инфрак­расной). Например, ступенчатый профиль решетки позволяет концентрировать ос­новную часть падающей энергии в направ­лении одного определенного ненулевого порядка.

Если плоская волна падает на дифракционную решетку под углом , то условие главных максимумов: (m=0, 1, 2,…) (14.7’)