Wyznaczanie długości fali świetlnej za pomocą siatki dyfrakcyjnej

Siatkę dyfrakcyjną stanowi szereg szczelin umieszczonych w równych od siebie odległościach w nieprzezroczystym ekranie. W praktyce siatkę dyfrakcyjną otrzymuje się najczęściej przez porysowanie płasko równoległej płytki szklanej za pomocą diamentu szeregiem równoległych kresek. Nieprzezroczyste rysy odgrywają rolę zasłon, a przestrzennie między rysami - to szczeliny. Jeśli na siatkę dyfrakcyjną prostopadle do jej powierzchni pada wiązka promieni równoległych, to - zgodnie z zasadą Huygensa - każda szczelina staje się źródłem drgań i wysyła promienie we wszystkich kierunkach, a więc nie tylko w kierunku promieni padających. Zjawisko to nazywa się dyfrakcją, czyli uginaniem prostoliniowego biegu promieni. Promienie ugięte mogą nakładać się na siebie, czyli interferować, gdyż są promieniami spójnymi: znaczy to , że różnice faz między nimi zależą tylko od różnic dróg geometrycznych, nie zależą zaś od czasu. Biorąc pod uwagę wiązki promieni ugiętych zauważyć można, że w pewnych kierunkach promienie te będą się wzmacniały, w innych zaś - wygaszały (częściowo lub zupełnie). Promienie ugięte będą się wzmacniać, jeśli różnice dróg dwóch sąsiednich promieni będą równe całkowitej wielokrotności długości fali światła padającego. Warunek wzmocnienia promieni ugiętych na siatce dyfrakcyjnej ma postać

d - odległość między sąsiednimi szczelinami ( stała siatki dyfrakcyjnej)

n - rząd widma (może być równe 1,2,3, ....)

Przy każdej wartości długości fali λ oraz przy każdym n - kąt wzmacniania się promieni ugiętych jest inny, a więc kierunki wzmacniania promieni różnych barw są różne. W wyniku tego obserwujemy następujące zjawisko: Jeżeli poza siatką dyfrakcyjną, na którą pada wiązka promieni równoległych, umieścić soczewkę zbierającą, a w pewnej odległości ekran - to powstaną na nim oprócz smugi odpowiadającej promieniom nie ugiętym po jej obu stronach barwne widma.

Lampa rtęciowa - lampa wyładowcza o dwóch bańkach: wewnętrznej, napełnionej, parami rtęci pod niewielkim ciśnieniem, i zewnętrznej izolującej bańkę wewnętrzną od zmian temperatury. W wewnętrznej bańce lampa rtęciowej umieszczone są dwie elektrody główne, między którymi powstaje wyładowanie elektryczne w parach rtęci, dające świecenie niebieskozielone; trzecia elektroda, tzw. zapłonowa, umieszczona jest w pobliżu jednej z elektrod głównych i ułatwia zapłon zimnej katody:

Lampa sodowa - lampa wyładowcza, której światło pochodzi głównie ze wzbudzenia atomów pary sodu.

Dyfrakcja fal - ugięcie fal - zjawisko występujące podczas rozchodzenia się fal w ośrodkach niejednorodnych, polegające na pojawieniu się nowych, nieprzewidzianych przez optykę geometryczną, kierunków rozchodzenia się fali w wyniku natknięcia się jej na przeszkodę, której rozmiary porównywalne są z długością tej fali.

Spektrometr - urządzenie do pomiaru widm (np. energii promieniowania elektromagnetycznego lub korpuskularnego, mas, czasu) lub pomiaru długości fali badanego promieniowania elektromagnetycznego lub energii promieniowania korpuskularnego.

Zasada Huygensa - rozchodzenie się fal o rozmaitych kształtach powierzchni falowych, jak również zjawisk ugięcia, odbicia i załamania fal można ujmować z punktu widzenia tzw. zasady Huygensa. Według tej zasady każdy punkt ośrodka, do którego dociera czoło fali, staje się samodzielnym źródłem wysyłającym fale kuliste cząstkowe. Powierzchnia styczna do wszystkich fal kulistych cząstkowych stanowi nowe czoło fali.

W zależności od warunków, w jakich powstaje zjawisko ugięcia (czyli dyfrakcji), mówimy o dyfrakcji Fresnela lub o dyfrakcji Fraunhofera.

Z dyfrakcją Fresnela mamy do czynienia wtedy, gdy wiązka rozbieżna, pochodząca z bliskiego źródła, przechodzi przez otwór uginający światło lub obok zasłony uginającej.

Dyfrakcja Fraunhofera występuje wtedy, gdy na ciało uginające pada wiązka promieni równoległych, a więc wiązka pochodząca ze źródła nieskończenie odległego. Wynik ugięcia badany jest również na nieskończenie odległym ekranie:

W praktyce dyfrakcja Fraunhofera sprowadza się do badania ugięcia wiązek równoległych, uzyskanych za pomocą soczewek zbierających, gdy źródło światła umieszczone jest w ognisku soczewki.

I Pracownia Fizyczna - Wyznaczanie długości fali świetlnej za pomocą siatki dyfrakcyjnej

1

---