Дифракційна решітка як спектральний прилад
Вище ми розглядали дифракцію монохроматичного світла, яким є лазерний промінь. Часто доводиться мати справу з немонохроматичним випромінюванням. Воно є сумішшю різних монохроматичних хвиль, які складають спектр даного випромінювання. Наприклад, білий світ – це суміш хвиль всього видимого діапазону, від червоного до фіолетового.
Оптичний прилад називається спектральним, якщо він дозволяє розкладати світло на монохроматичні компоненти і тим самим досліджувати спектральний склад випромінювання. Найпростіший спектральний прилад вам добре відомий – це скляна призма. До числа спектральних приладів відноситься також і дифракційні грати.
Припустимо, що на дифракційну решітку падає білий світ. Давайте повернемося до формулою (4.44) і подумаємо, які висновки з неї можна зробити.
Положення центрального максимуму (р = 0) не залежить від довжини хвилі. У центрі дифракційної картини зійдуться з нульовою різницею ходу все монохроматичні складові білого світла. Тому в центральному максимумі ми побачимо яскраву білу смугу.
А ось положення максимумів порядку k ^ 1 визначаються довжиною хвилі. Чим менше Л, тим менше кут pk для даного k. Тому в максимумі k-го порядку монохроматичні хвилі поділяються в просторі: близькому до до центрального максимуму виявиться фіолетова смуга, самої далекої – червона.
Отже, у кожному порядку k ^ 1 білий світ розкладається гратами в спектр. Максимуми першого порядку всіх монохроматичних компонент утворюють спектр першого порядку; потім йдуть спектри другого, третього і так далі порядків. Спектр кожного порядку має вигляд кольорової смуги, в якій присутні всі кольори веселки – від фіолетового до червоного.
Дифракція білого світла показана20 на рис. 4.94. Ми бачимо білу смугу в центральному максимумі, а з боків – два спектри першого порядку. У міру зростання кута відхилення колір смуг змінюється від фіолетового до червоного.
Але дифракційні грати не тільки дозволяє спостерігати спектри, т. Е. Проводити якісний аналіз спектрального складу випромінювання. Найважливішим достоїнством дифракційної решітки є можливість кількісного аналізу – як уже говорилося вище, ми з її допомогою можемо вимірювати довжини хвиль. При цьому вимірювальна процедура вельми проста: фактично вона зводиться до виміру кута напрямку на максимум.
Природними прикладами дифракційних решіток, що зустрічаються в природі, є пір’я птахів, крила метеликів, перламутрова поверхню морської раковини. Якщо, примружившись, подивитися на сонячне світло, то можна побачити райдужну забарвлення навколо вій. Наші вії діють в даному випадку як прозора дифракційні грати на рис. 4.92, а в якості лінзи виступає оптична система рогівки і кришталика.
Спектральне розкладання білого світла, що дається дифракційними гратами, найпростіше спостерігати, дивлячись на звичайний компакт-диск (рис. 4.95) 21. Виявляється, доріжки на поверхні диска утворюють відбивну дифракційні грати!
Related posts:
- Дифракційна решітка – будова Практичний інтерес представляє випадок, коли в екрані є велика кількість N однакових отворів. При регулярному розташуванні отворів, коли їх орієнтація і відстань між ними однакові, різниця фаз між хвилями, дифрагувати від сусідніх отворів, має певне значення. Інтерференція цих хвиль суттєво впливає на дифракційну картину. Особливий інтерес представляє дифракція Фраунгофера на дифракційної решітці. Дифракційна решітка являє […]...
- Спектр і спектральний аналіз Промені різних кольорів переломлюються по-різному. Так, наприклад, червоні світлові промені в повітрі найменше відхиляються скляною призмою до основи останньої. Навпаки, фіолетові промені у повітрі найбільше переломлюються скляною призмою. У порядку зростаючої переломлюваності йдуть промені наступних квітів: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій і фіолетовий. Якщо з горизонтальною вузької щілини, освітленій білими променями, пропустити через горизонтально […]...
- Дисперсія світлових хвиль Якщо на тригранну призму направити пучок білого світла, то на екрані можна чітко побачити спектр, що складається з семи кольорів. Це відбувається тому, що біле світло складний і складається з простих квітів, які по-різному переломлюються призмою. Кут заломлення світла залежить від показника заломлення середовища. Розкладання білого світла в спектр означає, що світло різного кольору має […]...
- Оптичні спектри Спектр (від лат. Spectrum – уявлення, образ) – є сукупністю кожного із значень будь-якої фізичної величини, яка характеризує систему або процес. Найчастіше використовують визначення частотного спектра коливань (наприклад, електромагнітних), спектру енергій, імпульсів і мас часток. Спектр може бути безперервним і дискретним (переривчастим). Оптичні спектри – це спектри електромагнітних випромінювань в ІК, видимому і UF діапазонах […]...
- Спектральний аналіз Використання лінійчатих спектрів в якості унікальних “паспортів” хімічних елементів лежить в основі спектрального аналізу – методу дослідження хімічного складу речовини з його спектру. Ідея спектрального аналізу проста: спектр випромінювання досліджуваної речовини зіставляється з еталонними спектрами хімічних елементів, після чого робиться висновок про присутність або відсутність того чи іншого хімічного елемента в даній речовині. За певних […]...
- Чим відрізняється дифракційний спектр від дисперсійного? В оптиці розрізняють дифракційний і дисперсійний світлові спектри. У чому їх особливості? Чим відрізняється дифракційний спектр від дисперсійного? Що являє собою дифракційний спектр? Даний спектр утворюється при проходженні світла через безліч невеликих отворів або щілин. Так, його можна розглядати, якщо прискіпливіше подивитися на сонце або лампу. Якщо звернути увагу на місяць взимку в мороз, то […]...
- Оптичний прилад Брюстера Що таке світло? Це питання століттями займав вчених, але хто міг подумати, що ми щось дізнаємося про природу світла завдяки якійсь каракатиці? Світлова хвиля складається з коливних електричного і магнітного полів, перпендикулярних один одному і напрямку поширення. У лінійно-поляризованому світлі коливання електричного поля відбуваються в одній фіксованій площині. Лінійно-поляризоване пучок виникає, зокрема, при відбитті світла […]...
- Видиме світло Видиме світло і ультрафіолетові промені створюються коливаннями електронів в атомах і іонах. Область спектра видимого електромагнітного випромінювання дуже мала і має межі, які визначаються властивостями органу зору людини. Довжини хвиль видимого світла лежать в діапазоні від 380 нм до 760 нм. Всім кольорам веселки відповідають різні довжини хвиль, що лежать в цих вельми вузьких межах. […]...
- Шкала електромагнітних хвиль – коротко Всі електромагнітні поля створюються прискорено рухомими зарядами. Нерухомий заряд створює тільки електростатичне поле. Електромагнітних хвиль в цьому випадку немає. У найпростішому випадку джерелом випромінювання є заряджена частинка, яка здійснює коливання. Так як електричні заряди можуть коливатися з будь-якими частотами, то частотний спектр електромагнітних хвиль необмежений. Цим електромагнітні хвилі відрізняються від звукових хвиль. Класифікація цих хвиль […]...
- Що таке світло – коротко Що таке світло? Світло – це електромагнітне випромінювання, довжини хвиль якого лежать в діапазоні від 380 до 760 нанометрів. Саме цей діапазон хвиль сприймається нашими очима як видиме світло. Так, хвиля певної довжини, відбиваючись від предмета, потрапляє на сітківку ока, і ми вирішуємо, що цей предмет, наприклад, жовтого кольору. Найкоротшою довжині хвилі відповідає фіолетовий світло, […]...
- Інтерференція в тонких плівках Дивлячись на переливається різними кольорами мильна бульбашка, на райдужні відблиски масляних або бензинових плям на поверхні води, ми, виявляється, спостерігаємо не що інше, як інтерференцію світла! Падаючий промінь розщеплюється на два промені: відбитий промінь OF і переломлених промінь OB. Після вторинного відбиття і заломлення з плівки виходить другий промінь CF, паралельний відбитому променю. Обидва промені […]...
- Взаємодія поля і речовини. Колір і спектри Дві складові матерії – поле і речовина – живуть в тісному взаємозв’язку один з одним. З одного боку, речовина є джерелом поля, з іншого – поле впливає на речовину з деякою силою. У цьому параграфі ми розглянемо такі специфічні особливості взаємодії поля і речовини, як колір і спектри. КОЛІР РЕЧОВИНИ. Одним з перших наукових дослідів, […]...
- Спектр поглинання Атоми випромінюють світло, переходячи із збудженого стану в основний. Але речовина може не тільки випромінювати, але й поглинати світло. Атом, поглинаючи світло, здійснює зворотний процес – переходить з основного стану в збуджений. Знову розглянемо розріджений атомарний газ, але цього разу в холодному стані (при достатньо низькій температурі). Світіння газу ми не побачимо; не будучи нагрітим, […]...
- Дисперсія електромагнітних хвиль. Експериментальні результати При поширенні електромагнітної хвилі в матеріальних середовищах відбувається зміна характеристик електричного і магнітного полів. Властивості електромагнітних хвиль в матеріальному середовищі описуються за допомогою рівнянь Максвелла. Оптичне випромінювання є окремим випадком електромагнітного. Як вже зазначалося у розділі 1, діапазон довжин відомих до теперішнього часу електромагнітних хвиль простягається від часток ангстрема (1 ангстрем = 10-10 м) до […]...
- Око як оптичний прилад. Кут зору Око людини – складна і досконала оптична система. Очне яблуко – майже кулясте тіло, діаметром близько 25 мм, укладене в непрозору захисну оболонку білого кольору – склеру, яка в передній частині переходить в опуклу прозору рогівку. Внутрішня поверхня ока вистелена судинною оболонкою, яка в передній частині ока переходить в райдужну оболонку, забарвлену в різних людей […]...
- Дисперсія світла. Дослід Ньютона Дисперсія світла надала можливість вперше досить достовірно обгрунтувати складову сутність білого світла. Так само цей феномен можна побачити, наприклад, при ламанні світла в частинках води, на траві чи в атмосфері при формуванні веселки або ж близько ліхтарів в тумані. Один з найбільш переконливих маркерів дисперсії – розкладання білого світла при пропущенні його крізь призму (досвід […]...
- Спектр електромагнітного випромінювання Спектр електромагнітного випромінювання охоплює широкий діапазон частот електромагнітних (ЕМ) хвиль. Ці взаємно перпендикулярні коливання електричного і магнітного полів несуть енергію і можуть поширюватися у вакуумі. Різні ділянки спектра відповідають різним частотам ЕМ хвиль. В порядку зростання частоти (і убування довжини хвилі) ми розрізняємо радіохвилі, мікрохвилі, інфрачервоне випромінювання, видиме світло, ультрафіолетове випромінювання, рентгенівські промені і гамма-випромінювання. […]...
- Шкала електромагнітних хвиль Електромагнітні хвилі класифікуються за довжиною хвилі або пов’язаною з нею частотою хвилі. Відзначимо також, що ці параметри характеризують не тільки хвильові, а й квантові властивості електромагнітного поля. Відповідно в першому випадку електромагнітна хвиля описується класичними законами, а в другому – квантовими законами. Розглянемо поняття спектра електромагнітних хвиль. Спектром електромагнітних хвиль називається смуга частот електромагнітних хвиль, […]...
- Рентгенівські спектри Оптичні спектри виникають при переходах слабше всього пов’язаного з ядром оптичного електрона зі збудженого стану в основний. Збудження атомів може відбуватися за рахунок зіткнень між атомами, зіткнень атомів з електронами або за рахунок поглинання фотонів. При поглинанні атомом порції енергії, достатньої для виривання (або збудження) одного з внутрішніх електронів, випускається характеристичне рентгенівське випромінювання. Відповідна порція […]...
- Характеристики зірок: світність, спектральний клас Основними характеристиками зірок є світність і спектральний клас. Світність – це кількість енергії, випромінюваної зіркою в одиницю часу. Спектральний клас – це характеристика зірки, пов’язана з її температурою, світністю, кольором і видом спектру. Зірки розділені на десять спектральних класів, які позначаються буквами W, O, B, A, F, G, K, M, L, T. У таблиці наведено […]...
- Кристалічна решітка Льодяна бурулька і клинок шаблі, залізничний рейок і кристал рубінового лазера, уламок цеглини і красуня-сніжинка, корпус повітряного лайнера і розпечена нитка електролампи – все це тверді тіла. Що у них спільного і що відрізняє ці тіла від інших тіл? У фізиці твердими тілами зазвичай називають тільки кристалічні тіла. Основним зовнішнім ознакою твердого тіла є його […]...
- Експериментатор, прилад, результат Досліджуючи різні процеси в природі, вчені намагаються виділити об’єктивні закономірності, тобто такі характеристики, які не залежать від людини, яка провадить спостереження або експерименти. Наскільки це можливо? Наскільки наші спостереження, наші виміри впливають на ті природні явища, які ми досліджуємо? На цій гравюрі з книги Т. Галле “Нові відкриття”, виданої в XVII ст., Представлені найбільш важливі, […]...
- Що таке колір з точки зору фізики? Природа подарувала людині радість колірного сприйняття: ми бачимо все навколишнє в різноманітті кольорів і відтінків і навіть не замислюємося про те, що може бути інакше. Вчені стверджують, що багато тварин не розрізняють кольорів або бачать їх не так, як люди. Але що таке колір з точки зору фізики? Питання не таке вже просте, як здається […]...
- Що таке фотон Фотон – це частка світлового потоку, що володіє мінімально можливою енергією. Ще кажуть, що фотон – це частка, що володіє мінімальним квантом світла (порцією світлової енергії). Фотон вважається безмассовой часткою, тобто часткою, яка взагалі не має маси. Примітно, що і електричний заряд фотона також прийнято вважати рівним нулю. Історія Вперше поняття “фотон” ввів в 1926 […]...
- Інтерференція електромагнітних хвиль У попередніх розділах ми розглянули основні властивості електромагнітних хвиль, припускаючи, що вони випромінюються одним джерелом – рухомим зарядом або струмом. У цій главі ми будемо вивчати електромагнітні хвилі, що випромінюються декількома джерелами. У силу принципу суперпозиції електромагнітне поле хвилі, що виходить від декількох джерел, буде являти собою суму полів електромагнітних хвиль від кожного з джерел. […]...
- Хвильові і корпускулярні властивості світла За часів Ньютона більшість фізиків розглядали світло як потік особливих частинок. Правда, повної згоди з цього питання не було. Так, сучасник Ньютона Гюйгенс вважав світло хвилями, що поширюються в особливому середовищі – ефірі. Суперечка про природу світла закінчується в 19 столітті, коли були поставлені досліди, що демонструють дифракцію світла. Після цього хвильова природа світла стає […]...
- Оптика: основні поняття Світло являє собою електромагнітне випромінювання з певною довжиною хвилі, в інтервалі від 0,4 до 0,8 мкм. Джерелом даних хвиль служать атоми і молекули при зміні в них енергетичного стану електронів. Потужність випромінювання – це величина енергії, яку випромінює об’єкт за одну секунду. Потік світлової енергії – це енергія, яку переносить світлова хвиля через певну площу […]...
- Решітка менеджменту Р. Блейка Методи управління згідно з концепцією Блейка-Мутона Решітка менеджменту – це теоретична матриця, яка визначає типологічні методи і способи управління, які використовують керівники усіх рівнів для врегулювання внутрішньогрупових взаємодій. По суті – це концепція, розроблена американськими фахівцями в теорії менеджменту Р. Блейком і Дж. С. Мутон, яка допомагає знайти найбільш ефективні прийоми управлінського впливу на діяльність […]...
- Будова кристалів. Просторова решітка. Елементарна комірка Поняття кристала зазвичай асоціюється у нас з мінералами, що мають геометрично правильну форму, яка однакова як для великих, так і для малих шматків мінералів. Розглядаючи окремі кристали, можна переконатися, що вони обмежені плоскими, як би шліфованими гранями у вигляді правильних багатокутників. Кристали одного і того ж речовини можуть мати різну форму, оскільки вона залежить від […]...
- Класи зірок Класи зірок – спектральні класи зірок – групування зірок за спектром випромінювання. Спектр – розосередження енергії випромінювання на частоті або по довжинах хвиль. Спектри зірок вийшло представити як ряд, уздовж якого лінії одних хімічних елементів прогресують, а інших – системно загасають. Аналогічні спектри згруповані в спектральні класи. Зірки, що відносяться до різних спектральних класів, мають […]...
- Дисперсія світла – коротко Отже, в чому полягає явище дисперсії світла? У минулій статті ми розглянули закон заломлення світла. Тоді ми не замислювалися, а точніше – не згадували про те, що світло (електромагнітна хвиля) має певну довжину. Давайте згадаємо: Світло – електромагнітна хвиля. Видиме світло – це хвилі, що мають довжину в інтервалі від 380 до 770 нанометрів. Так […]...
- Флюоресценція Стокса У дитинстві я збирав зелені світяться камені, що нагадували мені про Смарагдовому місті з книги “Чарівник країни Оз”. Флюоресценція – це світіння об’єкта у видимому діапазоні світлових хвиль, обумовлене поглинанням електромагнітного випромінювання. У 1862 р фізик Джордж Стоці спостерігав явище, що описується законом, який ми називаємо тепер законом флюоресценції Стокса. Він говорить: довжина хвилі испущенного […]...
- Шкала електромагнітних випромінювань Багато хто вже знає про те, що довжина електромагнітних хвиль, буває зовсім різною. Значення довжини хвиль можуть бути від 103 метрів (у радіохвиль) до десяти сантиметрів у разі рентгенівського випромінювання. Світлові хвилі – це дуже маленька частина найширшого спектру електромагнітних випромінювань (хвиль). Саме при вивченні цього явища, були зроблені відкриття, що відкривають очі вчених на […]...
- Гальмівне випромінювання Вільгельм Конрад Рентген (1845-1923), Нікола Тесла (1856-1943), Арнольд Йоганнес Вільгельм Зоммерфельд (1868-1951) Термін “гальмівне випромінювання”, або Bremsstrahlung (нім.), Відноситься до рентгенівського або іншому електромагнітному випромінюванню, що випускається, коли заряджена частинка (наприклад, електрон) раптово сповільнюється, реагуючи на сильне електричне поле атомного ядра. Розглянемо рентгенівські промені, що випускаються при бомбардуванні металевої пластинки електронами високих енергій. Б’ючи в […]...
- Квазари: коротко На думку фахівців, Всесвіт постійно розширюється. Одним з доказів цього процесу є зменшення частоти випромінювання, що спостерігається при збільшенні відстані від джерела хвиль щодо їх приймача, називається ефектом Доплера або червоним зміщенням (спектральні лінії випромінювання далекого об’єкта виявляються зміщеними в бік червоної частини спектру). Чим далі від нас перебувати небесне тіло, тим більше величина червоного […]...
- Теплове випромінювання Яким чином Земля отримує енергію від Сонця? Теплопровідність і конвекція виключені: нас розділяє 150000000 кілометрів безповітряного простору. Тут працює третій вид теплопередачі – теплове випромінювання. Випромінювання може поширюватися як в речовині, так і у вакуумі. Як же воно виникає? Виявляється, електричне і магнітне поля тісно пов’язані один з одним і володіють однією чудовою властивістю. Якщо […]...
- Особливості лазерного випромінювання Лазерне випромінювання за своїми властивостями значно відрізняється від випромінювання звичайних джерел світла. Відзначимо його характерні особливості. 1. Когерентність. Випромінювання є висококогерентним, що обумовлено властивостями вимушеного випромінювання. При цьому має місце не тільки тимчасова, але і просторова когерентність: різниця фаз у двох точках площини, перпендикулярної напрямку поширення, зберігається постійною (рис. 31.5, а). 2. коллімірованіе. Лазерне випромінювання […]...
- Випромінювання Сонця У межах Сонячної системи Сонце – потужне джерело теплового випромінювання, що обумовлює життя на Землі. Сонячне випромінювання має лікувальні властивості (геліотерапія), використовується як засіб загартовування. Воно ж може надавати і негативний вплив на організм (опік, тепловий удар). На кордоні атмосфери спектр Сонця близький до спектру абсолютно чорного тіла. Максимум іспускательной здатності припадає на λ1max = […]...
- Як виміряти звукову хвилю? Довжина хвилі – це відстань між двома найближчими точками хвилі в одній фазі коливань. Довжину хвилі вимірюють від одного максимуму хвилі до іншого. Більшість з нас бачили хвилі на морі. Перш ніж досягти берега, хвилі покривають морську гладь брижами. Самі верхні точки хвиль називаються максимумами, самі нижні – мінімумами. Відстань між одним максимумом і іншим […]...
- Інтерференція світла. Когерентність Якщо в просторі поширюються дві хвилі, то в кожній точці результуюче коливання являє собою геометричну суму коливань, відповідних кожної з складаються хвиль. Це твердження називається принципом суперпозиції хвиль. Принцип суперпозиції хвиль дотримується зазвичай з великою точністю і порушується тільки при поширенні хвиль в якому-небудь середовищі, якщо амплітуда (інтенсивність) хвиль дуже велика. Фізично зміст принципу суперпозиції […]...