WB I	Wyznaczanie długości fali świetlnej za pomocą siatki dyfrakcyjnej	20.05.2009r.
Nr ćw. 10

Wprowadzenie

Fale świetlne (elektromagnetyczne) związane są z rozchodzeniem się w przestrzeni zmiennego pola elektrycznego E i magnetycznego H, przy czym wektor natężenia pola elektrycznego E jest zawsze prostopadły do wektora natężenia pola magnetycznego H. Kierunki drgań wektorów E i H są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fali, tak więc fala świetlna (elektromagnetyczna) jest falą poprzeczną.

W ośrodku jednorodnych fale elektromagnetyczne rozchodzą się prostoliniowo. Jeżeli jednak światło przechodzi przez niewielkie szczeliny lub otwory o rozmiarach porównywalnych z długością fali, obserwujemy odchylenie od prostoliniowości, czyli tzw. ugięcie światła. Zjawisko ugięcia (dyfrakcji) światła można wyjaśnić w oparciu o zasadę Huyghensa, głoszącą, że każdy punkt, do którego dotrze zaburzenia (fala) staje się źródłem nowej fali cząstkowej. Wypadkowej zaburzenia się w ośrodku jest sumą wszystkich fal cząstkowych.

Bardzo mała długość fal świetlnych widzialnych sprawia, że w życiu codziennym zjawiska związane z dyfrakcją światła obserwujemy bardzo rzadko. W laboratorium zjawisko dyfrakcji w połączeniu ze zjawiskiem interferencji znalazło zastosowanie przy wyznaczaniu długości fal świetlnych. Najprostszym przyrządem służącym do tego celu jest siatka dyfrakcyjna, czyli szereg równomiernie rozmieszczone szczelin wytworzonych w materiale nieprzezroczystym. Odległość pomiędzy środkami dwu sąsiednich szczelin nazywamy stałą siatki i oznaczmy litera d.

Rozpatrzmy powstawanie obrazu dyfrakcyjnego przy zastosowaniu siatki dyfrakcyjnej. Niech na siatkę pada światło monochromatyczne o długości fali λ. Na ekranie otrzymamy wówczas szereg prążków, na przemian jasnych i ciemnych. Powstanie jasnych prążków na ekranie wynika interferencyjnego wzmocnienia promieni pochodzących z sąsiednich szczelin siatki. Różnica dróg optycznych promieni pochodzących z sąsiednich szczelin wynosi:

∆ = d sin α

gdzie:

∆ - różnica dróg optycznych,

d- stała siatki

α – kąt ugięcia.

Jak wiadomo, wzmocnienie interferencyjne w danym punkcie przestrzeni zachodzi wtedy, kiedy różnica dróg optycznych interferujących promieni jest równa całkowitej wielokrotności długości fali:

∆= kλ

gdzie:

k – liczba całkowita; k = 0,1,2 itd.

λ – długość fali promieni interferujących.

Porównując zależności:

d sinα = kλ

Dla k = 0 otrzymamy prążek odpowiadający wiązce nieugiętej, dla k= 1 – prążek pierwszego rzędu itd. Z powyższego wzoru wynika, że położenie prążków zależy od długości fali λ. Możemy więc wykorzystać siatkę dyfrakcyjną do wyznaczania długości fal świetlnych