Дифракція світла

Відхилення від прямолінійного поширення хвиль, огинання хвилями перешкод, проникнення в область геометричної тіні називається дифракцією.

Це явище властиве всім хвильовим процесам. Дифракція — це порушення прямолінійності поширення хвиль під час проходження повз перешкоду або через отвір

Щоб спостерігати дифракцію світлових хвиль, необхідні певні умови: або розміри перешкод (або отворів) повинні бути дуже малими, або відстань від перешкоди до спостерігається картини має бути велике. Візьмемо на шляху променів від точкового джерела світла S поставимо перепону з дуже маленьким отвором діаметра d, тоді на екрані Е побачимо систему чергуються світлих і темних кілець (за умови, що d << L, див. Рис.)

Чим вужче отвір, тим на більший кут відхиляються промені за отвором, тим більше діаметр кілець. Якщо замість круглого отвору буде вузька щілина, то дифракційна картина буде мати вигляд світлих і темних смуг, що чергуються. При використанні білого світла дифракційна картина набуває райдужну забарвлення.

Дифракційні картини нерідко спостерігаються в природних умовах. Наприклад, кольорові кільця, що оточують джерело світла, що спостережуєься крізь туман або через запотівше віконне скло, або при розгляданні яскравого джерела через вії. Для спостереження дифракції використовуються спеціальні прилади - дифракційні решітки.

Дифракційна решітка (одномірна) являє собою систему паралельних рівновіддалених один від одного щілин рівної ширини. Найпростіша дифракційна решітка може бути виготовлена зі скляної пластинки, на якій алмазним різцем нанесені паралельні подряпини з непошкодженими проміжками між ними (щілинами). Відстань між сусідніми щілинами називається періодом або постійної решітки d (рис.).

де а – відстань між сусідніми щілинами,

b – ширина щілини.

Різність хода Δ проміней, що приходять в довільну точку Р від двох сусідніх щілин:

Очевидно, коливання в точці Р будуть підсилювати один одного, якщо різниця фаз променів дорівнюватиме 0 або відрізняться на 2π, чому відповідає:

де k = 0, 1, 2, 3...

Тоді умовою спостереження максимумів (посилення коливань) світла буде:

де k = 0, 1, 2, 3...

Внаслідок дифракції відбувається нерівномірний перерозподіл світлової енергії між максимумами.

Дифракційна решітка є спектральним приладом. З її допомогою можна визначати довжини хвиль в спектрах випромінювання джерел (наприклад, зірок):