Transkriptio

1 Jaroslavlin valtion pedagoginen yliopisto on nimetty. K.D. Ushinsky Laboratoriotyö 8 Rowland-diffraktiohilan Yaroslavl 010 parametrien määritys

2 Sisältö 1. Työhön valmistautumista koskevat kysymykset Teoreettinen johdanto Diffraktio rakojen mukaan Häiriö monista raoista Hila spektrilaitteena Asennuksen kuvaus Työn suorittamismenettely Tehtävä Tehtävä Tehtävä Tehtävä Tehtävä Testikysymykset

3 1. Työhön valmistautumiskysymykset Laboratoriotyöt 8. Rowland-diffraktiohilan parametrien määritys Työn tarkoitus: perehtyminen heijastavan diffraktiohilan toimintaperiaatteeseen ja parametrien määrittäminen, valon aallonpituuden mittaus tämän avulla ritilä. Instrumentit ja tarvikkeet: metallidiffraktioritilä, elohopea-kvartsilamppu, erityisesti suunniteltu kone. Kirjallisuus: 1. Landsberg G.S. Optics, M. Science, 1976. Saveljev I.V. Fysiikan kurssi, vol. 3, 1971 1. Työhön valmistautumista koskevat kysymykset 1. Fraunhofer-diffraktio Diffraktiohilan rakenne, toimintaperiaate ja parametrit. Rowland-verkko. 3. Hila on kuin spektrilaitteisto. Diffraktiohilan dispersio ja erottelukyky. Teoreettinen johdanto Diffraktiohila on kokoelma suuresta määrästä kapeita yhdensuuntaisia ​​rakoja, jotka sijaitsevat tiiviisti yhtä etäisyydellä toisistaan. Raot voidaan kiinnittää läpinäkymättömään seulaan tai päinvastoin läpinäkymättömät urat levitetään läpinäkyvään levyyn (lasiin). Hilan toiminta perustuu raon aiheuttamaan diffraktioon ja monien rakojen aiheuttamiin häiriöihin. Ennen kuin selvennämme hilan vaikutusta kokonaisuutena, tarkastellaan diffraktiota yksittäisen raon kohdalla. 3

4.1. Diffraktio raolla Olkoon tasomonokromaattinen aalto osuva ruudulle, jossa on kapea äärettömän pitkä rako. Kuvassa 1 FF1 on heijastus kankaasta, jossa on viilto AB, piirustustasolle. Raon leveys (b) on valon aallonpituuden suuruusluokkaa. Rako AB leikkaa osan tulevan valoaallon etuosasta. Kaikki tämän rintaman pisteet värähtelevät samoissa vaiheissa ja ovat Huygens-Fresnel-periaatteen mukaisesti toisioaaltojen lähteitä. b F A B F 1 L F A ϕ C B F 1 L O 1 O Kuva..1 E O 1 Kuva. Toissijaiset aallot etenevät kaikkiin suuntiin (0) - (± π) aallon etenemissuuntaan (kuva 1). Jos asetat linssin raon taakse, niin kaikki linssin suuntaiset säteet suppenevat yhteen pisteeseen linssin polttotasolla. Tässä vaiheessa havaitaan toisioaaltojen häiriötä. Häiriön tulos riippuu puoliaallonpituuksien määrästä, joka sopii vastaavien säteiden väliseen reittieroon. Tarkastellaan säteitä, jotka kulkevat tietyssä kulmassa ϕ tulevan valoaallon suuntaan (kuva..). BC = δ ulompien säteiden välinen polkuero. Jaetaan AB Fresnel-vyöhykkeisiin (Fresnel-vyöhykkeet ovat tässä tapauksessa yhdensuuntaisten tasojen järjestelmä, jotka ovat kohtisuorassa piirustuksen tasoon nähden ja jotka on rakennettu siten, että kunkin vyöhykkeen reunojen etäisyys pisteeseen O 1 eroaa). Jos δ sisältää parillisen määrän puoliaallonpituuksia, niin pisteessä O 1 tapahtuu valon vaimennus min. Jos pariton, niin valon vahvistus on 4 E

5. Teoreettinen johdanto max. Siksi δ = ±m min δ = ±(m + 1) max missä m = 0; 1; ;... Koska δ = b sin ϕ (katso kuva..), nämä ehdot voidaan kirjoittaa seuraavassa muodossa: b sin ϕ = ±m b sin ϕ = ±(m + 1) min (.1) max (. ) Kuva 3 esittää valon intensiteetin jakautumista diffraktiossa kulmasta riippuen raolla. Se voidaan laskea kaavalla: I ϕ = I o sin (π b sin ϕ) (π b sin ϕ) missä I o on intensiteetti diffraktiokuvion keskellä; I ϕ intensiteetti arvon määrittelemässä pisteessä. I ϕ 3 b b b 0 b b 3 b sin ϕ Kuva..3.. Häiriöt useista rakoista Tarkastellaan useita saman leveitä (b) yhdensuuntaisia ​​rakoja, jotka sijaitsevat etäisyydellä (a) toisistaan ​​(diffraktiohila) (katso kuva). .4 ). 5

6 a d b δ 1 ϕ L O Kuva 4 Diffraktiokuvio raoista, kuten edellisessä tapauksessa, havaitaan linssin polttotasossa (L). Mutta ilmiötä vaikeuttaa se, että jokaisesta raosta tapahtuvan diffraktion lisäksi valovärähtelyjen lisäystä tapahtuu myös yksittäisistä raoista linssin polttotasolle saapuvissa säteissä, ts. esiintyy monien säteiden häiriöitä. Jos rakojen kokonaismäärä on N, niin N sädettä häiritsee toisiaan. Reittiero kahdesta vierekkäisestä raosta on yhtä suuri kuin δ 1 = (b+a) sin ϕ tai δ 1 = d sin ϕ, missä d = a + b kutsutaan hilavakioksi. Tämä polkuero vastaa samaa vaihe-eroa ψ = π δ1 vierekkäisten säteiden välillä. Linssin polttotason häiriön seurauksena syntyy värähtelyjä tietyllä amplitudilla, joka riippuu vaihe-erosta. Jos ψ = mπ (joka vastaa polkueroa δ 1 = m), värähtelyamplitudit summautuvat ja valon intensiteetti saavuttaa maksiminsa. Näitä maksimiarvoja kutsutaan tärkeimmiksi, koska niillä on merkittävä intensiteetti, eikä niiden sijainti riipu halkojen kokonaismäärästä. Jos ψ = m () π N (tai δ1 = m N), niin näihin suuntiin muodostuu valon minimit. Siksi häiriöllä N 6 E

7. Saman amplitudin säteiden teoreettinen käyttöönotto johtaa useisiin päämaksimiin, jotka määritetään ehdolla: d sinϕ = ±m (.3) missä m = 0;1;;... ja lisäminimit, jotka määritetään ehto: d sinϕ = ±m N (.4) missä m = 1;;3;... paitsi m = 0;N;N;..., koska tässä tapauksessa ehto (.4) muuttuu päämaksimien ehdoksi (.3). Ehdoista (.4) ja (.3) käy selväksi, että kahden päämaksimin välillä on (N 1) lisäminimiä, joiden välissä on vastaavasti (N) toissijaista maksimia, jotka määritellään ehdolla: d sinϕ = ±(m + 1) N (.5) I ϕ N = sinϕ N = 3 sinϕ N = 4 sinϕ Kuva..5. (ottamatta huomioon yhden raon diffraktiota) Kun rakojen lukumäärä kasvaa, lisäminimien määrä kasvaa ja päämaksimit kapenevat ja kirkkaampia. Kuvassa 5 on annettu 7

8 intensiteetin jakautuminen useiden säteiden (rakojen) häiriöiden aikana. Siten monien rakojen vaikutuksesta meillä on ehtojen määräämät suunnat: b sinϕ = ±m min jokaisesta raosta, b sinϕ = ±(m + 1) max kustakin raosta, d sinϕ = ±m päämaksimitulos d sinϕ = ± m N d sinϕ = ±(m + 1) Monien säteiden N interferenssi, lisäminimit, toissijaiset maksimit. Diffraktiohilan antamaa kuvaa tarkasteltaessa näemme selvästi vain päämaksimit, jotka erotetaan toisistaan ​​lähes tummilla väleillä, koska toissijaiset maksimit ovat erittäin heikkoja, vahvimman intensiteetti on enintään 5 % päämaksimista. Yksittäisten päämaksimien välinen intensiteettijakauma ei ole sama. Se riippuu raon dja (b):n ja (d) välisestä suhteesta. Tapauksessa, jossa (b) ja (d) ovat suhteellisia, jotkut päämaksimit puuttuvat, koska Nämä suunnat vastaavat diffraktiominimejä. Siten, kun d = b, kaikki parilliset maksimit katoavat, mikä johtaa parittojen lisääntymiseen. Kun d = 3b, joka kolmas maksimi katoaa. Kuvattu ilmiö on havainnollistettu kuvassa 6. Kulmasta riippuva intensiteettijakauma voidaan laskea kaavalla: I ϕ ratkaista. = I o sin (πbsin ϕ) sin (Nπdsin ϕ) (πbsin ϕ) sin (πbsin ϕ) missä I o on yhden kuvan keskellä olevan raon luoma intensiteetti. 8

9 . Teoreettinen johdanto I 1 (ϕ) Diffraktiokuvio yhdessä raossa, N = 1 b b sinϕ I (ϕ x) Interferenssikuvio, N = 4 ()()() 3 d d d d d 3 d sinϕ I(ϕ) Kokonaisintensiteettijakauma kuviolle ritilä N = 5 ja d b = 4 d Kuva 6 sinϕ 9

10 3. Hila spektrilaitteena Rakojen määrän kasvaessa päämaksimien intensiteetti kasvaa, koska hilan läpäisemän valon määrä kasvaa. Mutta merkittävin suuren aukkojen lukumäärän aiheuttama muutos on diffuusien päämaksimien muuttuminen teräviksi, kapeiksi maksimeiksi. Maksimien terävyyden ansiosta voidaan erottaa läheiset aallonpituudet, jotka on kuvattu erillisinä, kirkkaina raitaina eivätkä mene päällekkäin, kuten tapahtuu yhdellä tai pienellä määrällä rakoja saatujen epämääräisten maksimien tapauksessa. Diffraktiohilalle, kuten kaikille spektrilaitteille, on tunnusomaista dispersio ja resoluutio. Kahden aallonpituudeltaan 1 Å eroavan viivan välinen kulmaetäisyys otetaan dispersion mittana. Jos kaksi viivaa, joiden pituus eroaa δ:n verran, vastaa kulmien eroa, joka on yhtä suuri kuin δϕ, niin dispersion mitta on lauseke: D = δϕ δ = m dcos ϕ (3.6) Hilan resoluutiolle on ominaista kyky erottaa kahden läheisen aallon läsnäolo (ratkaise kaksi aallonpituutta) . Merkitään kahden aallon välisellä minimivälillä, joka voidaan ratkaista tietyllä diffraktiohilalla. Hilan erottelukyvyn mittana pidetään yleensä sen aallonpituuden suhdetta, jonka ympärillä mittaus suoritetaan, määrättyyn minimiväliin, ts. A =. Laskenta antaa seuraavaa: A = = mn, (3.7) missä m on spektrin kertaluku, N on hilan rakojen kokonaismäärä. Diffraktiohilan korkea resoluutio ja hajonta saavutetaan suurten N-arvojen ja pienen d:n (hilajaksojen) ansiosta. Rowland-hiloilla on nämä parametrit. Rowland-ritilä on kovera metallipeili, johon asetetaan uria (iskuja). Se voi toimia samanaikaisesti ritilänä ja keräilylinssinä, mikä mahdollistaa 10

11 4. Kuvaus asennuksesta diffraktiokuvion saamiseksi suoraan näytölle. 4. Asennuksen kuvaus A D 1 ϕ R 4 3 B l E C Kuva. 4.1 Mittausasetukset kuvassa. 4.1 koostuu jäykästi kiinnitetyistä kiskoista (AB ja BC), joita pitkin kisko DE voi liukua vapaasti. Rowland-ristikko (1) on kiinnitetty kiskon toiseen päähän. Säleikkö on kiinnitetty siten, että sen taso on kohtisuorassa DE-kiskoon nähden. Valonlähde on rako (4), jota valaisee elohopeakvartsilamppu (3). Kun ritilää valaistaan ​​AB-suunnassa, voidaan havaita eri asteisia spektrejä. Etäisyys raosta tutkittaviin linjoihin elohopean spektrissä kirjataan asteikolla, joka on merkitty BC-sauvaan kaukoputken avulla (). 5. Työjärjestys Tehtävä 1. Tutustu työn kuvaukseen ja laitteen optiseen suunnitteluun. yksitoista

12 Tehtävä. Määritä Rowlandin hilavakio. Hilavakio määräytyy päämaksimin ehdosta: d = m sin ϕ. Asennuskaaviosta kuva. 4.1: sinϕ = l R, missä l on etäisyys raosta penkin spektriviivan kohtaan (BC), R on sauvan pituus (DE). Lopullinen työskentelykaava on: d = m R l (5.8) Vakio määritetään kolmelle elohopean spektrin juovalle: Viivan kirkkaus Å Violetinsininen Vihreä Keltainen 1 (lähin vihreää) Aallonpituudet on ilmoitettu tarkemmin kuin muut jäsenet kaavan (5.8 ), joten voidaan olettaa, että = const. Kiskon pituus (DE) R = (150 ± 5) mm. Otetaan luotettavuuskerroin α = 3. 1 Tehtävä tulee suorittaa seuraavassa järjestyksessä: 1) sytytä elohopeakvartsilamppu ja lämmitä sitä 5 minuuttia ja tarkista sitten, onko rako hyvin valaistu;) liikuta DE:tä kiskoa pitkin, etsi se käyttämällä kaukoputken vihreää viivaa ensimmäisen asteen spektrissä, m = 1 (penkin BC vasen puoli), jos viiva on leveä, vähennä raon leveyttä ja ota lukema (l). Putki siirretään sitten violetti-siniselle viivalle (vihreän vasemmalla puolella BC-penkkiä pitkin);

13 5. Työmääräys 3) suorita samat mittaukset samoille juoville toisen kertaluvun spektrissä, m = (penkin BC oikea puoli); m > mittauksia ei suoriteta, koska BC-kisko ei ole tarpeeksi pitkä tähän. Tässä työssä voimme rajoittua yksittäisiin mittauksiin, koska suhteellinen virhe määrityksessä (R) ylittää merkittävästi l:n määrittämisen suhteellisen virheen (δ l = 0,5 mm, kun α = 3). Lopputulos määritetään siis kaikille viivoille suunnilleen samalla tarkkuudella, joten se voidaan lopulta laskea keskiarvo kaikista mitatuista viivoista. Virhe Rowlandin hilavakion määrittämisessä määritetään kaavalla: δd = d R δ R, (5.9) δ R = 5 mm standardivirhe sauvan pituuden määrittämisessä (DE). Kokeelliset tiedot on kätevä syöttää seuraavan muotoiseen taulukkoon: Taulukko 1 m, Å l (mm) d(mm) d avg Keltainen Keltainen. Tehtävä 3. Määritä yhden keltaisen viivan aallonpituus. Määritä tehtävässä saatujen tulosten avulla toisen keltaisen viivan aallonpituus: Жii = d Жi l Жii mr (5.10) 13

14 missä d ja tehtävässä saatu hilavakio. Molempien kertalukujen (m = 1 ja m =) zii:n arvot ovat yhtä tarkkoja, ts. määritetään keskihajonnan δ d ja δ R avulla, joten niistä voidaan laskea keskiarvo. Virhe määritetään kaavalla: Жii = (жii d avg. Lopputulos kirjoitetaan muodossa:) () δd + Жii δr R. (5.11) Жii = (жiiср ± Жii)Å, jossa α = 3. Tehtävä 4. Määritä Rowlandin hilan kulmadispersio. Diffraktiohilan kulmadispersion määrittämiseksi sinun on mitattava kahden läheisen spektriviivan välinen kulmaetäisyys. Tähän on kätevää käyttää keltaisia ​​elohopeaviivoja. on annettu tehtävän tekstissä. zii ota tehtävästä 3. D = δ ϕ δ ϕ zhi ϕ zhii zhi zii. (5.1) Kummankin luokan (m = 1 ja m =) kulmadispersio on määritettävä. Vertaa saatuja arvoja keskenään ja kaavalla saatuihin arvoihin: D = m d av cos ϕ (5.13) Arvioi opettajan ohjeiden mukaan lausekkeiden (5.1) ja (5.13) virheet. Tehtävä 5. Laske Rowland-diffraktiohilan resoluution teoreettinen arvo. missä N on hilaviivojen lukumäärä. A = mn (5,14) 14

15 6. Testikysymykset N:n arvo määritetään hilan pituuden (L = 9 ± 0,1 mm) perusteella, kun α = 3, ja hilavakion arvosta (ks. tehtävä). Suorita laskelmat molemmille tilauksille (m = 1 ja m =). Arvioi lausekkeen (5.14) virheen suuruus. 6. Testikysymykset 1. Miksi raon koon pitäisi olla oikeassa suhteessa aallonpituuteen? Miksi nollakerta on maksimi, kun ritilä on valaistu valkoisella valolla valkoisena ja loput värittävät? 3. Miten hilajakso vaikuttaa diffraktiokuvioon? 4. Osoita, että jaksoa määritettäessä satunnainen virhe voidaan jättää huomiotta. 15

Itä-Siperian osavaltion teknillinen ja johtamisyliopisto Fysiikan laitos Valon diffraktio Luento 4.2 Valon diffraktio joukko ilmiöitä, jotka havaitaan valon etenemisen aikana väliaineessa

Erikoistunut koulutus- ja tiedekeskus - Moskovan valtionyliopiston tiedekunta. M.V. Lomonosov, koulu nimetty A.N. Kolmogorov Fysiikan laitos Yleisen fysiikan työpaja Laboratoriotyöt Valon aallonpituuksien mittaaminen kiinteässä aineessa

LABORATORIOTYÖT 8- DIFFraktiohilan TUTKIMUS Työn tarkoitus: tutkia valon diffraktiota yksiulotteisessa diffraktiohilassa ja määrittää sen ominaisuudet: diffraktiohilan jakso, kulmadispersio.

Valon diffraktio Luento 4.2. Valon diffraktio Diffraktio on joukko ilmiöitä, joita havaitaan valon etenemisen aikana väliaineessa, jossa on teräviä epähomogeenisuuksia (näytön reunat, pienet reiät) ja jotka liittyvät poikkeamiin

Laboratoriotyö 3 Valon aallonpituuden määrittäminen diffraktiohilan avulla TYÖN TARKOITUS Läpinäkyvään diffraktiohilaan tutustuminen, valonlähteen (lampun) spektrin aallonpituuksien määrittäminen

3 Työn tarkoitus: perehtyä heijastavaan diffraktiohilaan. Tehtävä: määrittää diffraktiohilan ja goniometrin avulla elohopealampun spektriviivojen aallonpituudet ja hilan kulmadispersio

LABORATORIOTYÖT 48 VALON TAMMUN TUTKIMUS DIFRAKTIOSILALALLA Työn tarkoituksena on tutkia valon diffraktiota yksiulotteisessa diffraktiohilassa määrittämällä puolijohdelasersäteilyn aallonpituus.

Valko-Venäjän tasavallan opetusministeriö Oppilaitos "Valko-Venäjän valtion tietotekniikan ja radioelektroniikan yliopisto" Fysiikan laitos LABORATORIOTYÖT.7 FRAUNHOFER-DIFFRAKTIOTUTKIMUS

Laboratoriotyöt 0 DIFFRAATIOHILAN TUTKIMUS Instrumentit ja tarvikkeet: Spektrometri, valaisin, diffraktiohila 0,0 mm periodilla. Johdanto Diffraktio on joukko havaittuja ilmiöitä

LABORATORIOTYÖT 6 (8) LÄPPÄVÄN DIFFraktiohilan TUTKIMUS Työn tarkoitus: Läpinäkyvään diffraktiohilaan tutustuminen, punaisten ja vihreiden värien aallonpituuksien määrittäminen, dispersion määrittäminen

Jaroslavlin valtion pedagoginen yliopisto on nimetty. K. D. Ushinsky Laboratoriotyöt 3 ​​Valon aallonpituuden määrittäminen Fresnel-biprismalla Jaroslavl 2009 Sisältö 1. Valmistelukysymyksiä

LABORATORIOTYÖT 47 RINNAKKAISEN SÄTEIDEN DIFRAKTIOIDEN TUTKIMUS (FRAUNHOFER DIFFRAKTIO) Työn tarkoituksena on havainnoida diffraktiokuviota yhden ja kahden raon kohdalta yhden ja kahden raon kohdalta. määritelmä

Laboratoriotyöt 3 ​​AALLOPITUUDEN MÄÄRITTÄMINEN DIFFRAKTIOHILALLA Työn tavoitteet: Diffraktiohilan tutkiminen spektrilaitteena. Työprosessissa on tarpeen: 1) löytää spektrin aallonpituudet

Valtion korkeakoulu "DONETSK NATIONAL TECHNICAL UNIVERSITY" Fysiikan laitos Laboratorion raportti 83 VALONAALLOPITUUKSEN MÄÄRITTÄMINEN DIFFRAKTIORILALLA

Laboratoriotyöt 20 Säteilyspektriviivojen aallonpituuksien määrittäminen diffraktiohilan avulla. Työn tarkoitus: läpinäkyvään diffraktiohilan perehtyminen; lähdespektrin aallonpituuksien määrittäminen

Laboratoriotyöt 3.06 VALON AALLOPITUUDEN MÄÄRITTÄMINEN DIFFRAKTIOHILALLA N.A. Ekonomov, Kozis E.V. Työn tarkoitus: tutkia valoaaltojen diffraktioilmiötä diffraktiohilassa. Harjoittele:

Laboratoriotyöt 3.05 FRAUNHOFERIN DIFRAKTIOT RAJOILLA JA DIFRAKTIORIILEILLÄ M.V. Kozintseva, T.Yu. Lyubeznova, A.M. Bishaev Työn tarkoitus: tutkia valoaaltojen Fraunhofer-diffraktion ominaisuuksia

Laboratoriotöiden suorittamisohjeet 3..3 LASERSÄTEIDEN RALOSTA TUTKIMUKSEN TUTKIMUS Stepanova L.F. Aaltooptiikka: Ohjeita fysiikan laboratoriotyön suorittamiseen / L.F.

Venäjän federaation opetus- ja tiedeministeriö Tomskin valtion ohjausjärjestelmien ja radioelektroniikan yliopisto (TUSUR) Fysiikan laitos LASERSÄTEIDEN DIFRAKTIOIDEN TUTKIMUS KAKSIULOTTEISESSA

Laboratoriotyöt 6 DIFFRAKTIOHILAN TUTKIMUS Valon diffraktio on ilmiö, joka koostuu valoaaltojen etenemissuunnan poikkeamisesta geometrisen optiikan määräämistä suunnista.

Valtion korkeakoulu "DONETSK NATIONAL TECHNICAL UNIVERSITY" Fysiikan laitos Laboratorioraportti 84 VALON AALLOPITUUDEN MÄÄRITTÄMINEN DIFRAKTIOHILLALLA

Laboratoriotyöt.4 Valon diffraktion tutkimus Työn tarkoitus: Tutkia valon diffraktiota rinnakkaisissa säteissä. Työprosessin aikana ratkaistuja ongelmia:) Hanki diffraktiokuvio diffraktiosta

Työ 3 VALON DIFFRAKTIO Työn tarkoitus: valon diffraktioilmiön havainnointi diffraktiohilassa lasersäteissä ja valkoisessa valonlähteessä; lasersäteilyn aallonpituuden mittaaminen. Johdatus homogeeniseen

Laboratoriotyöt 3.15. DIFRAKTIORIILA SPEKTRALILAITTEENA A.I. Bugrova Työn tarkoitus: Diffraktiohilan jakson ja kulmadispersion kokeellinen määritys spektrilaitteena.

Laboratoriotyöt 3.07 DIFFRAKTIORIILÄ SPEKTRALAITTEENA N.A. Ekonomov, A.M. Popov. Työn tarkoitus: diffraktiohilan kulmadispersion kokeellinen määritys ja sen maksimin laskeminen

Laskenta- ja graafinen tehtävä on omistettu diffraktio-aaltooptiikan osalle. Työn tarkoituksena on tutkia diffraktiota diffraktiohilan avulla. Lyhyt teoria diffraktioilmiöstä. Diffraktio on ilmiö, joka on luontainen

Häiriödiffraktioaaltooptiikka Optiikan peruslainsäädäntö Valon suoraviivaisen etenemisen laki Valo etenee optisesti homogeenisessa väliaineessa suoraviivaisesti Valosäteiden riippumattomuuden laki

Valon diffraktio Diffraktio on aallon etenemisen poikkeama geometrisen optiikan laeista esteiden lähellä (esteiden ympärille taipuvat aallot). GEOMETRISEN VARJON ALUE Diffraktio

MOSCOW STATE TECHNICAL UNIVERSITY "MAMI" Fysiikan laitos LABORATORIOTYÖT 3.05 Fraunhofer-diffraktion tutkimus yhdestä raosta Moskova 2008 1 LABORATORIOTYÖ 3.05 Diffraktiotutkimus

Laboratoriotyöt Diffraktion tutkimus lasersäteilyn rinnakkaissäteessä. Työn tarkoitus: tutustuminen valon diffraktioon yksiulotteisessa diffraktiohilassa ja lasersäteilyn aallonpituuden määrittäminen;

LABORATORIOTYÖT 5 VALON AALLOPITUUDEN MÄÄRITTÄMINEN FRESNEL-BIPRISMEITÄ Työn tarkoitus ja sisältö Työn tarkoituksena on perehtyä valon interferenssin ilmiöön. Työn sisältö koostuu

4.. Aaltooptiikka Peruslait ja kaavat Homogeenisen läpinäkyvän väliaineen absoluuttinen taitekerroin n = c / υ, missä c on valon nopeus tyhjiössä ja υ on valon nopeus väliaineessa, jonka arvo riippuu

Diffraktio Diffraktio. Huygens-Fresnel-periaate. Fresnel-vyöhykemenetelmä. Diffraktio pyöreän reiän ja kiekon avulla. Rako diffraktio. Diffraktiohila. Röntgendiffraktio kiteellä. Salliva

Jaroslavlin valtion pedagoginen yliopisto on nimetty. K.D. Ushinsky Laboratory of Optics V.K. Mukhin Laboratoriotyöt 6 Fresnel-diffraktio pyöreässä reiässä Jaroslavl 013 Sisältö Kirjallisuus:...

Optiikka Wave-optiikka Spektriinstrumentit. Diffraktiohila Näkyvä valo koostuu monokromaattisista aalloista, joilla on eri aallonpituus. Kuumennetun kappaleen säteilyssä (hehkulampun hehkulanka)

Laboratoriotyöt 5a Valon aallonpituuden määrittäminen diffraktiohilan avulla. Työn tarkoitus: tutkia valon diffraktioilmiötä ja käyttää tätä ilmiötä valon aallonpituuden määrittämiseen.

Työ 25a DIFFRAKTIOISTA JOHTUVIEN ILMIÖIDEN TUTKIMUS Työn tarkoitus: valon diffraktion tarkkailu diffraktiohilassa, diffraktiohilan ajanjakson ja valosuodattimien läpäisyalueen määrittäminen Laitteet:

Esimerkkejä ongelmanratkaisusta Esimerkki Aallonpituuden valo osuu normaalisti pitkälle suorakaiteen muotoiseen rakoon, jonka leveys on b. Selvitä valon intensiteetin kulmajakauma Fraunhofer-diffraktion aikana ja myös kulma-asento

LABORATORIOTYÖT 272 MONOKROMAATTISEN VALON AALLONPITUUDEN MÄÄRITTÄMINEN DIFFraktiohilan avulla 1. Työn tarkoitus: Laservalon aallonpituuden määrittäminen diffraktiohilan avulla. 2. Teoreettinen

VENÄJÄN FEDERATION OPETUS- JA TIETEMINISTERIÖ Liittovaltion budjettitaloudellinen korkea-asteen koulutuslaitos "TYUMENIN VALTION ARKKITEHTI- JA RAKENTAMINEN

Venäjän federaation opetusministeriö Tomskin ammattikorkeakoulu Teoreettisen ja kokeellisen fysiikan laitos "HYVÄKSYTTY" UNMF:n dekaani I.P. Chernov 00 DIFFRAKTIO-ohjeet

Diffraktiohila. Koe. Hilan päädiffraktiomaksimit. Diffraktiohila voi toimia sekä heijastuneessa valossa että läpäisevässä valossa. Tarkastellaan vaihteistoritilää.

MSTU im. N.E. Bauman, Fysiikan laitos A.S. Chuev, Yu.V. Gerasimov TIETOKONELABORATORIOTYÖ O-84 HÄIRIÖIDEN JA DIFRAKTIOIDEN ILMIÖIDEN TUTKIMUS DIFFRAKTIOHILAN ESIMERKILLÄ Työn tarkoitus: esittely

FYSIIKKA, osa 3 YKSILÖTEHTÄVÄ 1-4 Vaihtoehto 1 1. Monokromaattinen valonsäde, jonka aallonpituus on 500 nm, osuu normaalisti 0,1 mm leveään rakoon. Diffraktiokuvio havaitaan sijoitetulla näytöllä

JA TIETOJA. Zaplatina Yu.L. Chepelev LASEROSATTIMEN SÄTEILYN AALLOPITUUN MÄÄRITTÄMINEN DIFFRAKTIOMENETELMÄLLÄ Jekaterinburg 2013 VENÄJÄN LIITTOVALTION OPETUSMINISTERIÖ GBOI HPE "URAL STATE FORESTRY UNIVERSITY"

0050. Lasersäteilyn diffraktio Työn tarkoitus: Diffraktiohilojen raon leveyden ja vakion määrittäminen havaintonäytön diffraktiokuvioita varten Tarvittavat laitteet: Modulaarinen harjoituskompleksi

3. VALON DIFFRAKTIO Diffraktio on joukko ilmiöitä, joita havaitaan valon etenemisen aikana väliaineessa, jossa on teräviä epähomogeenisuuksia ja jotka liittyvät poikkeamiin geometrisen optiikan laeista. Diffraktio,

LIITTOVALTION KOULUTUSVIRASTO VALTION Ammattikorkeakoulun oppilaitos MOSKOVAN OSAVALTION SUUNNITTELU- JA TEKNOLOGIAN YLIOPISTO NOVOSIBIRSK TEKNOLOGIA

TYÖ 3 Diffraktio kaksoisraolla ja useilla raoilla Työn tarkoitus: Kun tutkitaan kahden raon diffraktiota, tutkitaan toisioaaltojen intensiteettijakauman riippuvuutta ruudulla rakojen leveydestä ja

LABORATORIOTYÖT 3.3 VALON AALLOPITUUDEN MÄÄRITTÄMINEN DIFFRAKTOHILAN KÄYTTÄMÄLLÄ 1. Työn tarkoitus Tämän työn tarkoituksena on tutkia valon diffraktioilmiötä diffraktiohilan esimerkillä ja

1 Aihe: Valon aaltoominaisuudet: diffraktio Diffraktio on ilmiö, jossa aallot taipuvat tiellään kohtaamien esteiden ympärille tai laajemmassa merkityksessä mikä tahansa poikkeama aaltojen etenemisessä lähellä

Työ 5. VALON TAMMUN TUTKIMUS YKSITTÄISESTÄ RAKOLLA JA DIFFraktiohilassa Työn tarkoitus: 1) Fraunhoferin diffraktiokuvion havainnointi yhdestä raosta ja diffraktiohilassa monokromaattisessa valossa;

Ongelma vaatii virhearvioinnin! 1 Johdanto Optiikassa diffraktio on ilmiö, joka ilmenee valosäteilyn käyttäytymisen poikkeamia geometrisen optiikan laeista. Tämä on mahdollista kiitos

Valon aaltoominaisuudet Valon luonne on kaksinainen (dualistinen). Tämä tarkoittaa, että valo ilmenee sekä sähkömagneettisena aaltona että fotonihiukkasten virtana. Fotonienergia ε: missä h on Planckin vakio,

FYSIKAALISEN OPTIIKAN HARJOITUS VAIHEDIFFRAKTIORILAN TUTKIMUS Laboratoriotyön kuvaus 5.2 fysikaalinen optiikka Novosibirsk 1998 2 VENÄJÄN YLEIS- JA AMMATTIKOULUTUSMINISTERIÖ

LABORATORIOTYÖT 5. LINSSIN KAARYUSSÄTEEN MÄÄRITTÄMINEN NEWTONIN RENKAILLE. Työn tarkoitus ja sisältö Työn tarkoituksena on perehtyä ohuiden kerrosten interferenssin ilmiöön. Teoksen sisältö on

3 Työn tarkoitus: tutkia kapean raon leveyden vaikutusta diffraktiokuvion ulkonäköön laservalossa havaittuna. Tehtävä: kalibroi säädettävän leveyden rako käyttämällä diffraktiominimien sijaintia

Laboratoriotyöt 5 Laservalon diffraktio diffraktiohilan avulla. Erilaisten diffraktiohilojen parametrien määritys. Diffraktiohilaksi voidaan kutsua mikä tahansa jaksollinen tai lähellä sitä

Kysymyksiä kokeeseen 1 “Optiikka” 1. Listaa valon heijastuksen lait. Miten periaatteessa saadaan kuva tasopeilissä? 2. Listaa valon taittumisen lait. 3. Kuinka voimme selittää valon taittumisen tosiasian?

Venäjän federaation opetus- ja tiedeministeriö Liittovaltion valtion budjetin korkea-asteen ammatillinen koulutuslaitos "Tyynenmeren valtionyliopisto"

16. Huygens-Fresnel-periaate Geometrisesta optiikasta tiedetään, että aalto etenee avaruudessa suoraviivaisesti. Jos aallon tiellä kohdataan este, niin esteen takana a

Valon diffraktio 1. Huygensin Fresnel-periaate. Fresnel-vyöhykemenetelmä. 2. Diffraktio pyöreällä reiällä, kiekolla (Fresnel-diffraktio). 3. Yhdensuuntaisten säteiden diffraktio (Fraunhofer-diffraktio): a) raon diffraktio

VENÄJÄN FEDERATION OPETUS- JA TIETEMINISTERIÖ KAZANIN VALTION ARKKITEHTI- JA TEKNISET YLIOPISTO Fysiikan laitos METODOLOGISET OHJEET FYSIIKAN LABORATORIOTYÖKSIIN opiskelijoille

Laboratoriotyöt 43 b Valon diffraktiotutkimus diffraktiohilassa Laboratoriotöitä ovat kehittäneet seuraavat Moskovan valtionyliopiston fysiikan laitoksen opettajat: - jatko-opiskelija Usatov I.I., apulaisprofessori. Tsargorodtsev Yu.P.

LUETTO 12 VALON DIIFRAKTIO Valon diffraktioilmiö. Huygensin Fresnel-periaate Fresnel-vyöhykkeet. Fresnel-diffraktio pyöreän reiän avulla. Fraunhofer-diffraktio raolla 1. Aaltodiffraktio-ilmiö Diffraktio (lat.

Venäjän federaation opetus- ja tiedeministeriö Tomskin valtion ohjausjärjestelmien ja radioelektroniikan yliopisto (TUSUR) Fysiikan laitos LASERSÄTEILYHÄIRIÖIDEN hallinnan TUTKIMUS

Valon diffraktiotutkimus Lipovskaya M.Yu., Yashin Yu.P. Johdanto. Valo voi ilmetä joko aaltona tai hiukkasvirtana, jota kutsutaan hiukkas-aalto-kaksoisiksi. Häiriöt ja

Valoaaltojen interferenssi Häiriöitä esiintyy, kun kahden tai useamman samoilla taajuuksilla värähtelevän lähteen ja jonkin jatkuvan vaihe-eron aiheuttamat aallot asetetaan päällekkäin

Laboratoriotyöt 5. Laservalon diffraktio diffraktiohilan avulla. Erilaisten diffraktiohilojen parametrien määritys. Η I. Eskin, I.S. Petrukhin Kokeiden kuvaus ja menetelmät on laadittu

Venäjän federaation opetus- ja tiedeministeriö Liittovaltion koulutusvirasto Venäjän valtion öljy- ja kaasuyliopisto nimetty. NIITÄ. Gubkin Fysiikan laitos http://physics.gubkin.ru LABORATORIOTYÖ

DIFRAKTIORIILA- optinen elementti, joka on kokoelma suuresta määrästä säännöllisin väliajoin olevia lyöntejä (uria, uria, ulkonemia), jotka on levitetty tavalla tai toisella litteään tai koveraan optiseen linssiin. pinta. DR. käytetään spektriinstrumenteissa hajotusjärjestelmänä el-magnin spatiaaliseen hajotukseen. spektriin. Laserille tulevan valoaallon etuosa hajoaa sen raitojen avulla erillisiksi säteiksi, jotka juovien läpi kulkiessaan häiritsevät (ks. Valon häiriö), muodostaen tuloksena olevan valon intensiteetin avaruudellisen jakauman - emissiospektrin.

On heijastavia ja läpinäkyviä D. r. Ensimmäisessä vedot kohdistetaan peilipinnalle (metalliselle) ja tuloksena oleva interferenssikuvio muodostuu hilasta heijastuvaan valoon. Toisessa vedot kohdistetaan läpinäkyvälle (lasi) pinnalle ja. kuva muodostuu läpäisevässä valossa.

Jos vedot kohdistetaan tasaiselle pinnalle, tällainen D. r. nimeltään litteä, jos kovera - kovera. Nykyaikaisissa spektriinstrumenteissa käytetään sekä litteitä että koveria D. r., Ch. arr. heijastava.

Tasainen heijastava D. R., valmistettu erityisillä timanttileikkurilla varustetuissa jakokoneissa on samanmuotoiset suorat, tiukasti yhdensuuntaiset ja yhtä kaukana olevat vedot, reunat määräytyvät timanttileikkurin leikkuureunan profiilin mukaan. Tällainen D. r. edustaa jaksoa rakenne postilla. etäisyys d iskujen välillä (kuva 1), ns. kausi D. r. On olemassa amplitudi ja vaihe D. r. Ensimmäisen osalta kerroin muuttuu ajoittain. heijastus tai läpäisy, joka aiheuttaa muutoksen tulevan valoaallon amplitudissa (kuten rakojen hila läpinäkymättömässä näytössä). Vaiheessa D. r. erityisiä kosketuksia annetaan. muoto, joka muuttaa ajoittain valoaallon vaihetta.

Riisi. 1. Kaavio tasaisen diffraktiohilan yksiulotteisesta jaksollisesta rakenteesta (suuri suurennettu): d - hilajakso; W on ritilän kierteitetyn osan pituus.

Riisi. 2. Diaffraktiohilan toimintaperiaatetta kuvaava kaavio: a- vaihe heijastava, b- amplitudipaikka.

Riisi. 3. Diffraktiohilan häiriöfunktiot.

Jos asunnossa D.r. putoaa yhdensuuntainen valonsäde, jonka akseli on tasossa, joka on kohtisuorassa hilan linjoja vastaan, jolloin, kuten laskelmat osoittavat, tulos on seurausta koherenttien säteiden interferenssistä kaikista N hilavedot, valon intensiteetin tilajakauma (nurkissa) (samassa tasossa) voidaan esittää kahden funktion tulona: . Toiminto Jg määräytyy osan valon diffraktiosta. aivohalvaus, toiminto JN häiriön aiheuttama N koherentit säteet tulevat ritiläiskuista, ja se on yhteydessä jaksollisiin. rakenne D. r. Toiminto JN tietylle aallonpituudelle määräytyy hilajakson mukaan d, ritiläviivojen kokonaismäärä N ja kulmat, jotka muodostuvat tulevan (kulma) ja taipuneen (kulma) säteen hilan normaalin kanssa (kuva 2), mutta eivät riipu viivojen muodosta. Sillä on muoto , jossa , - koherenttien yhdensuuntaisten säteiden välillä, jotka kulkevat kulmassa D.R:n viereisistä iskuista: =AB+AC(katso kuva 2, A- vaiheheijastavalle D. r., 2, b- amplitudiväliruudukkoa varten). Toiminto JN- määräajoin toiminto terävällä intensiivisellä hl. maksimi ja pienet toissijaiset maksimit (kuva 3, A). Viereisten lukujen välissä. sijaitsee maksimissa N-2 toissijaista maksimia ja N-1 minimi, jossa intensiteetti on nolla. Ch. maksimi määräytyy ehdosta tai , Missä m=0, 1, 2, ... - kokonaisluku. Missä

eli ch. maksimit muodostuvat suuntiin, joissa vierekkäisten koherenttien säteiden polkuero on yhtä suuri kuin kokonaisluku aallonpituuksia. Kaikkien päämaksimien intensiteetti on sama ja yhtä suuri , toissijaisten maksimien intensiteetti on pieni eikä ylitä alkaen .

Hilayhtälöksi kutsuttu suhde osoittaa, että tietyllä tulokulmalla suunnat päämaksimiin riippuvat aallonpituudesta, ts. ; siksi D. r. hajottaa spatiaalisesti (nurkissa) säteilyä. aallonpituuksilla. Jos diffraktio. Kun hilasta tuleva säteily suuntautuu linssiin, muodostuu sen polttotasoon spektri. Tässä tapauksessa useita muodostuu samanaikaisesti. spektrit jokaisella luvun arvolla ja arvolla T määrittää spektrin järjestyksen. klo m=0 (spektrin nollakerta), spektriä ei muodostu, koska ehto täyttyy kaikilla aallonpituuksilla (kaikkien aallonpituuksien päämaksimit ovat samat). Viimeisestä tilasta klo t = 0 siitä seuraa myös ts., että suunta nollan kertaluvun maksimiin määräytyy peiliheijastuksen avulla hilan tasosta (kuvio 4); nollakertaiset tulevat ja taipuneet säteet sijaitsevat symmetrisesti hilan normaaliin nähden. Molemmilla puolilla suuntaa nollan kertaluvun maksimiin on maksimi ja spektri m=1, m= 2 ja niin edelleen.

Toinen toiminto Jg, joka vaikuttaa tuloksena olevaan intensiteettijakaumaan spektrissä, johtuu osan valon diffraktiosta. aivohalvaus; riippuu määristä , ja myös vedon muodosta - sen profiilista. Laskenta huomioiden Huygens-Fresnel-periaate, antaa funktiolle Jg ilmaisu

missä on tulevan aallon amplitudi, - ; , , X Ja klo- Pisteiden koordinaatit vetoprofiilissa. Integrointi suoritetaan iskun profiilin yli. Tasaisen amplitudin D. r. erikoistapauksessa, joka koostuu kapeista rakoista läpinäkymättömässä näytössä (kuva 2, b)tai kapeat heijastavat raidat tasossa, jossa , A- rakojen (tai heijastavien raitojen) leveys ja edustaa diffraktiota. intensiteettijakauma Fraunhofer-diffraktion aikana raon leveydellä A(cm. valon taittuminen). Sen ulkonäkö näkyy kuvassa. 3(b). Suunta keskustaan ​​ch. diffraktio maksimi toiminto Jg määräytyy tilasta u=0 tai , eli tämä suunta määräytyy peiliheijastuksen perusteella d.r.:n tasosta ja siten suunnasta diffraktion keskustaan. maksimi osuu spektrin nolla-akromaattiseen järjestykseen suuntautuvan suunnan kanssa. Siksi max. molempien funktioiden tulon arvo ja siten max. intensiteetti on nollan kertaluvun spektrissä. Muiden järjestysten spektrien intensiteetti ( m 0) on vastaavasti pienempi kuin intensiteetti nollajärjestyksessä (joka on kaaviomaisesti esitetty kuvassa 3, V). Tämä on kannattamatonta käytettäessä amplitudia D. r. spektrilaitteissa, koska suurin osa laseriin tulevasta valoenergiasta suunnataan spektrin nollakertaan, jossa spektrin hajoamista ei tapahdu, kun taas muiden ja jopa ensimmäisen kertaluvun spektrien intensiteetti on pieni.

Jos lyönnit D. r. antaa kolmion muotoisen epäsymmetrisen muodon, niin tällaisella vaihehilalla on tehtävä Jg on myös diffraktiota. jakelua, mutta argumentein Ja, riippuen kaltevuuskulmasta vedon reunat (kuva 2, A). Tässä tapauksessa suunta diffraktion keskustaan Maksimi määräytyy tulevan säteen heijastuksen perusteella, ei d.r.:n tasolta, vaan iskun reunalta. Muuttamalla viivan reunan kaltevuuskulmaa voit kohdistaa diffraktiokuvion keskikohdan. maksimi toiminto Jg millä tahansa häiriöllä ch. maksimi toiminto JN mikä tahansa tilaus m 0, yleensä m=1 (kuva 3, G) tai m=2. Tällaisen yhdistelmän ehtona on, että kulmien ja on samanaikaisesti täytettävä suhteet ja . Näissä olosuhteissa tietyn järjestyksen spektri T 0:lla on max. intensiteetti, ja ilmoitetut suhteet antavat meille mahdollisuuden määrittää vaaditun arvon annetuille. Vaihe D. r. kolmion muotoisella viivaprofiililla, joka keskittää suurimman osan (jopa 80 %) hilaan tulevasta valovirrasta ei-nolla-asteen spektriin, ns. echelettejä. Kulmaa, jossa tulevan valovirran määrätty pitoisuus spektriin esiintyy, kutsutaan. kirkkauskulma D. r.

Perus spektroskooppinen D. r:n ominaisuudet - kulmadispersio, resoluutio ja dispersioalue - määräytyvät vain funktion ominaisuuksien mukaan JN. liittyy jaksollisiin D.-linjan rakenne, eivätkä ne riipu vedon muodosta.

Kulma dispersio, joka kuvaa eri aallonpituuksilla olevien säteiden avaruudellisen (kulma)erotuksen astetta D. r. saatu erottamalla ; sitten , josta seuraa, että kun työskentelet tietyssä spektrin järjestyksessä T suuruus mitä suurempi, sitä pienempi raastusaika. Lisäksi arvo kasvaa diffraktiokulman kasvaessa. Kuitenkin amplitudihilan tapauksessa kulman kasvu johtaa spektrin intensiteetin laskuun. Tässä tapauksessa on mahdollista luoda viivaprofiili siten, että energian keskittyminen spektrissä tapahtuu suurissa kulmissa j, ja siksi on mahdollista luoda suuren aukon spektrilaitteita suurella kulmalla. dispersio.

Teoreettinen ratkaisu D. r. , missä - min. kahden monokromaattisen aallonpituuden ero saman intensiteetin viivoja, jotka voidaan silti erottaa spektristä. Kuten mikä tahansa spektrilaite, R DR. määräytyy spektrin leveyden mukaan laitteistotoiminto, leikattu tapauksessa D. r. ovat funktion päämaksimit JN. Kun olemme määrittäneet näiden maksimien spektrin leveyden, voimme saada lausekkeet R muodossa missä W=Nd- D. r:n varjostetun osan koko pituus. (Kuva 1). Ilmaisusta for R tästä seuraa, että tietyissä kulmissa arvo R voidaan lisätä vain lisäämällä D. r -kokoa. W. Suuruus R kasvaa diffraktiokulman kasvaessa, mutta hitaammin kuin kasvaa. A:n lauseke voidaan esittää myös muodossa , Missä - rinnakkaisten diffraktioiden täysi leveys. säde tulee D. r. kulmassa.

D. r:n dispersioalue on spektrivälin arvo, jolle määrätyn kertaluvun spektri T ei mene päällekkäin viereisten luokkien spektrien kanssa ja siksi diffraktiokulman välillä on yksiselitteinen suhde. määritetään ehdosta, jossa . varten m=1, eli dispersioalue kattaa esimerkiksi yhden oktaavin intervallin. spektrin koko näkyvä alue 800 - 400 nm. Lauseke for voidaan esittää myös muodossa , josta seuraa, että mitä pienempi arvo, sitä suurempi d, ja riippuu kulmasta, pienentyen (toisin kuin ja R) kasvaessa.

Lausekkeista for ja relaatio voidaan saada. D. r. ero niiden välillä on erittäin suuri, koska nykyaikainen D. r. iskujen kokonaismäärä N loistava ( N~ 10 5 ja enemmän).

Kovera D. r. Koverassa D. r. vedot kohdistetaan koveralle (yleensä pallomaiselle) peilipinnalle. Tällaiset ritilät toimivat sekä hajotus- että fokusointijärjestelmänä, eli ne eivät vaadi tulo- ja lähtökollimaattorilinssien tai peilien käyttöä spektriinstrumenteissa, toisin kuin litteät hilat. Tässä tapauksessa valonlähde (sisääntulorako S 1) ja spektri osoittautuu olevan ympyrän päällä, joka tangentti hilaa sen kärjessä, ympyrän halkaisija on yhtä suuri kuin kaarevuussäde R pallomainen pinta D. r. (Kuva 5). Tätä ympyrää kutsutaan Rowlandin ympärillä. Jos kyseessä on kovera D. r. valonlähteestä (raosta) erillinen valonsäde putoaa hilalle, ja viivoille tapahtuneen taittuman ja koherenttien säteiden interferenssin jälkeen muodostuu valoaaltoja, jotka suppenevat Rowlandin ympyrä, missä häiriö sijaitsee. maksimi, eli spektri. Tulevien ja taipuneiden säteiden aksiaalisten säteiden muodostamat kulmat pallon akseliin liittyvät suhteeseen . Täällä muodostuu myös useita. spektrit eroavat. tilaukset sijaitsevat Rowlandin ympyrällä, joka on leviämislinja. Koska hilayhtälö koveralle D. r. sama kuin tasaiselle, sitten lausekkeet spektroskooppiselle. ominaisuudet - ang. dispersio, erotuskyky ja dispersioalue - osoittautuvat samanlaisiksi molemmille ritilätyypeille. Näiden hilan lineaaristen dispersioiden lausekkeet ovat erilaisia ​​(katso. Spektrilaitteet).

Riisi. 5. Kaavio spektrien muodostamiseksi koveralla diffraktiohilalla Rowlandin ympyrällä.

Koverissa lämpöpattereissa, toisin kuin litteissä, on astigmatismi, joka ilmenee siinä, että jokaista lähteen pistettä (rakoa) edustaa hila, ei pisteen muodossa, vaan Rowlandin ympyrää (dispersioviivaa) vastaan ​​kohtisuorassa segmentissä, ts. suunnattu pitkin spektriviivoja, mikä johtaa . spektrin intensiteetin lasku. Astigmatismin esiintyminen estää myös hajoamisen käytön. fotometrinen laitteet. Astigmatismi voidaan poistaa, jos vedot kohdistetaan asfäärisiin, esim. toroidimainen kovera pinta tai leikattu hilaksi ei tasavälillä, vaan lyöntien väliset etäisyydet vaihtelevat tietyn lain mukaan. Mutta tällaisten ritilöiden tuotantoon liittyy suuria vaikeuksia, mutta niitä ei ole vielä käytetty laajasti.

Topografinen D. R. 1970-luvulla Uusi, holografinen menetelmä sekä litteiden että koveroiden DR:ien valmistukseen kehitettiin, ja jälkimmäisessä pystytään eliminoimaan astigmatismi, mikä tarkoittaa. spektrialueet. Tässä menetelmässä tasainen tai kovera pallomainen. erityisellä kerroksella päällystetty substraatti. valoherkkä materiaali - fotoresist, valaisee kaksi koherenttia lasersäteilyä (aallonpituudella), joiden leikkausalueelle muodostuu kiinteä häiriö. kuvio, jossa on kosinin intensiteettijakauma (katso. Valon häiriö), muuttamalla fotoresistimateriaalia kuvan intensiteetin muutoksen mukaisesti. Valotun fotoresistikerroksen asianmukaisen käsittelyn ja heijastavan pinnoitteen levittämisen jälkeen saadaan holografinen kuva. vaihe heijastaa. ritilä, jonka viiva on kosinimuotoinen, eli se ei ole echeletti ja siksi sillä on pienempi aukkosuhde. Jos valaistus tuotettiin yhdensuuntaisilla säteillä, jotka muodostavat kulman keskenään (kuva 6), ja substraatti on tasainen, saadaan tasainen, tasaetäisyydellä oleva holografinen kuva. DR. jaksolla, pallomaisella substraatti - kovera holografinen. D. r., vastaa ominaisuuksiltaan tavanomaista rihlattua koveraa hilaa. Kun valaistu, pallomainen. substraatti, jossa on kaksi erilaista sädettä Rowlandin ympyrällä sijaitsevista lähteistä, saadaan holografinen tulos. DR. kaarevilla ja ei-tasavälisillä vedoilla reunat ovat vapaita astigmatismista, mikä tarkoittaa. spektrialueet.

Diffraktiohila

Erittäin suuri heijastava diffraktiohila.

Diffraktiohila- optinen laite, joka toimii valon diffraktioperiaatteella, on kokoelma suuresta määrästä säännöllisin väliajoin olevia iskuja (rakoja, ulkonemia), jotka on kohdistettu tietylle pinnalle. Ensimmäisen kuvauksen ilmiöstä teki James Gregory, joka käytti lintujen höyheniä ristikkona.

Ritilätyypit

• Heijastava: Vedot kohdistetaan peilipinnalle (metallipinnalle) ja havainnointi suoritetaan heijastuneessa valossa
• Läpinäkyvä: Vedot levitetään läpinäkyvälle pinnalle (tai leikataan halkeamia läpinäkymättömälle näytölle), havainnointi suoritetaan läpäisevässä valossa.

Kuvaus ilmiöstä

Tältä hehkulampun valo näyttää, kun se kulkee läpinäkyvän diffraktiohilan läpi. nolla maksimi ( m=0) vastaa valoa, joka kulkee hilan läpi ilman poikkeamaa. Hiladispersion vuoksi ensimmäisessä ( m=±1) maksimissaan voidaan havaita valon hajoaminen spektriksi. Poikkeutuskulma kasvaa aallonpituuden myötä (violetista punaiseen)

Valoaallon etuosa on jaettu ritilätangoilla erillisiksi koherentin valonsäteiksi. Nämä säteet joutuvat diffraktioon juovien vaikutuksesta ja häiritsevät toisiaan. Koska jokaisella aallonpituudella on oma diffraktiokulmansa, valkoinen valo hajoaa spektriksi.

Kaavat

Etäisyyttä, jonka kautta hilan viivat toistuvat, kutsutaan diffraktiohilan jaksoksi. Nimetty kirjaimella d.

Jos iskujen lukumäärä on tiedossa ( N), 1 mm ritilää kohti, sitten hilajakso saadaan kaavalla: 0,001 / N

Diffraktiohilan kaava:

d- hilajakso, α - tietyn värin suurin kulma, k- maksimijärjestys, λ - aallonpituus.

Ominaisuudet

Yksi diffraktiohilan ominaisuuksista on kulmadispersio. Oletetaan, että kulmassa φ aallonpituudella λ ja kulmassa φ+Δφ aallonpituudella λ+Δλ havaitaan jonkin järjestyksen maksimi. Hilan kulmadispersiota kutsutaan suhteeksi D=Δφ/Δλ. D:n lauseke voidaan saada erottamalla diffraktiohilakaava

Siten kulmadispersio kasvaa hilaajan lyhentyessä d ja taajuuksien järjestyksen lisääminen k.

Valmistus

Hyvät ritilät vaativat erittäin suurta valmistustarkkuutta. Jos ainakin yksi monista urasta sijoitetaan virheellisesti, ritilä on viallinen. Ritilänvalmistuskone on kiinteästi ja syvälle rakennettu erityiseen perustukseen. Ennen varsinaisen ritilätuotannon aloittamista kone käy 5-20 tuntia tyhjäkäynnillä kaikkien komponenttien vakauttamiseksi. Ritilän leikkaaminen kestää jopa 7 päivää, vaikka iskuaika on 2-3 sekuntia.

Sovellus

Diffraktiohilaa käytetään spektrilaitteissa, myös lineaaristen ja kulmasiirtymien optisina antureina (diffraktiohilat), infrapunasäteilyn polarisaattoreita ja suodattimia, säteenjakajia interferometreissä ja ns. "anti-glare" -laseja.

Kirjallisuus

• Sivukhin D.V. Yleisen fysiikan kurssi. - 3. painos, stereotyyppinen. - M.: Fizmatlit, MIPT, 2002. - T. IV. Optiikka. - 792 s. - ISBN 5-9221-0228-1
• Tarasov K.I., Spektrilaitteet, 1968

Katso myös

• Fourier-optiikka

Wikimedia Foundation. 2010.

Katso, mitä "diffraktiohila" on muissa sanakirjoissa:

Optiset välineet; joukko useita samansuuntaisia ​​rakoja läpinäkymättömässä näytössä tai heijastavia peililiuskoja (raitoja), jotka ovat tasavälein toisistaan ​​ja joissa valon diffraktio tapahtuu. Diffraktiohila hajoaa...... Suuri Ensyklopedinen sanakirja

DIFRAKTIORIILA, ​​levy, jonka päälle on kohdistettu yhdensuuntaiset viivat tasaisin etäisyyksin toisistaan ​​(jopa 1500 per 1 mm), jonka avulla saadaan SPEKTRA valon HAJONTAMISEN aikana. Vaihteiston säleiköt ovat läpinäkyviä ja vuorattu... ... Tieteellinen ja tekninen tietosanakirja

diffraktiohila- Peilipinta, johon on kohdistettu mikroskooppisia yhdensuuntaisia ​​viivoja, laite, joka erottaa (kuten prisman) siihen tulevan valon näkyvän spektrin komponenttiväreiksi. Aiheet tietotekniikassa...

diffraktiohila- difrakcinė gardelės statusas T-ala Standartisointi ir metrologian määritelmä Optinis periodinės sandaros įtaisas difrakciniams spektrams gauti. atitikmenys: engl. diffraktiohila vok. Beugungsgitter, n; Diffraktionsgitter, n rus.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

Optinen laite, kokoelma suuresta määrästä yhdensuuntaisia ​​rakoja läpinäkymättömässä näytössä tai heijastavia peilin lyöntejä (liuskoja), jotka ovat tasavälein toisistaan ​​ja joissa valon diffraktio tapahtuu. DR. hajottaa siihen putoavan valon...... Tähtitieteellinen sanakirja

diffraktiohila (optisissa tietoliikennelinjoissa)- diffraktiohila Optinen elementti, jolla on jaksollinen rakenne ja joka heijastaa (tai lähettää) valoa yhdessä tai useammassa eri kulmassa aallonpituudesta riippuen. Pohja muodostuu indikaattorin ajoittain toistuvista muutoksista... ... Teknisen kääntäjän opas

kovera spektrinen diffraktiohila- Spektridiffraktiohila tehty koveralle optiselle pinnalle. Huomautus Koveria spektridiffraktiohiloja on saatavana pallomaisena ja asfäärisenä. [GOST 27176 86] Aiheet: optiikka, optiset instrumentit ja mittaukset... Teknisen kääntäjän opas

hologrammin spektrinen diffraktiohila- Spektridiffraktiohila, joka on valmistettu tallentamalla häiriökuvio kahdesta tai useammasta koherentista säteestä säteilyherkälle materiaalille. [GOST 27176 86] Aiheet: optiikka, optiset instrumentit ja mittaukset... Teknisen kääntäjän opas

kierteinen spektridiffraktiohila- Spektridiffraktiohila tehty levittämällä raitoja jakokoneeseen. [GOST 27176 86] Aiheet: optiikka, optiset instrumentit ja mittaukset... Teknisen kääntäjän opas

heijastava spektrinen diffraktiohila- Spektridiffraktiohila, joka suorittaa dispergoivan elementin toiminnot siitä heijastuneessa optisessa säteilyssä. [GOST 27176 86] Aiheet: optiikka, optiset instrumentit ja mittaukset... Teknisen kääntäjän opas

Kirjat

• Pöydät. Geometrinen ja aaltooptiikka (18 taulukkoa), 12 arkin tutkimusalbumi. Artikkeli - 5-8670-018. Huygensin periaate. Aallon heijastus. Kuva esineestä tasopeilissä. Valon taittuminen. Täydellinen sisäinen heijastus. Varianssi… Luokka:

Peruskäsitteet ja ominaisuudet spektrilaite.
Valaistuksen jakautuminen raon kuvassa
Diffraktiohila Spektriinstrumentit käyttävät diffraktiohilaa hajottaakseen valon spatiaalisesti spektriksi. Diffraktiohila on optinen elementti, joka koostuu suuresta määrästä tasaiselle tai koveralle pinnalle asetettuja säännöllisin väliajoin olevia viivoja. Säleiköt voivat olla läpinäkyviä tai heijastavia. Lisäksi erotetaan amplitudi- ja vaihediffraktiohilat. Edellisessä heijastuskerroin muuttuu ajoittain, mikä aiheuttaa muutoksen tulevan aallon amplitudissa. Vaihediffraktiohiiloissa urille annetaan erityinen muoto, joka muuttaa ajoittain valoaallon vaihetta. Yleisimmin käytetty on litteä heijastava vaihediffraktiohila, jossa on kolmionmuotoinen uraprofiili - echelette. Hilayhtälö Diffraktiohilan päälle tulevan valoaallon etuosa halkaisee uriensa avulla erillisiksi koherenteiksi säteiksi. Koherentit säteet, jotka ovat joutuneet diffraktioon juovien vaikutuksesta, häiritsevät muodostaen tuloksena olevan valon intensiteetin tilajakauman. Intensiteettijakauma on verrannollinen kahden funktion tuloon: häiriöSISÄÄN ja diffraktioMinä D . ToimintoSISÄÄN johtuu N:n koherentin säteen häiriöstä, joka tulee hilalinjoista. ToimintoMinä D määritetään diffraktiolla erillisellä viivalla. Kulmassa β viereisistä iskuista tulevien koherenttien rinnakkaisten säteiden välinen reittiero on Δs=AB+AC tai (1) ja vastaava vaihe-ero (2). ToimintoSISÄÄN ~ - jaksollinen funktio, jolla on erilaiset voimakkaat päämaksimit. Päämaksimien sijainti määräytyy ehdoista , missä (3), missä k- taajuuksien järjestys. Kohdasta (1) ja (2) seuraa: . Käyttämällä (3) saamme , korvaa kohdat (1): (4). Tätä suhdetta kutsutaan hilayhtälöksi. Se osoittaa, että päämaksimit muodostuvat suuntiin, kun vierekkäisten säteiden välinen polkuero on yhtä suuri kuin aallonpituuksien kokonaismäärä. Vierekkäisten päämaksimien välissä sijaitsee N-2 toissijaiset maksimit, joiden intensiteetti pienenee suhteessa 1/N, Ja N-1 minimit, joissa intensiteetti on nolla. Monokromaattoreihin sovellettavaa hilayhtälöä käytetään kätevämmässä muodossa. Koska ero kulmien välillä α Ja β on vakio, kun hila pyörii ja tämä ero tunnetaan θ , sen määrää monokromaattorin rakenne, sitten se riippuu kahdesta muuttujastaα Ja β siirtyä yhteen φ – hilan kiertokulma nollasta. Nimettyään Ja , Sinien summan muuntamisen jälkeen saamme hilayhtälön toisessa kätevämmässä muodossa: (5), missäφ – ritilän kiertokulma suhteessa nolla-asteen asentoon; θ/2– puolikulma hilassa tulevan ja taipuneen säteen välillä. Usein hilayhtälöä käytetään muodossa: (6). Jos hilasta tuleva taipunut säteily suuntautuu linssiin, muodostuu sen polttotasoon spektrit jokaiselle luvun arvolle. k≠0. klo k = 0(spektrin nollakerta) spektriä ei muodostu, koska pätee kaikille aallonpituuksille. Sitä paitsi, β= -α eli suunnan nollan kertaluvun maksimiin määrää peilin heijastus hilan tasosta.		Kuva 1. Selitys diffraktiohilan toimintaperiaatteesta.
Häikäisyn aallonpituus Diffraktiohilojen heijastavuus riippuu viivojen kaltevuuskulmasta - muuttamalla viivan reunan kaltevuuskulmaa, voit kohdistaa funktion diffraktiomaksimin keskipisteen Minä D häiriön kanssa pääasiallinen maksimitoiminto SISÄÄN mikä tahansa tilaus. Suunta diffraktiomaksimin keskelle määräytyy tulevan säteen peiliheijastuksen perusteella ei hilan tasolta, vaan viivan reunalta. Siten tällaisen yhdistelmän ehto on: kulmat α Ja β max on samanaikaisesti täytettävä seuraavat suhteet: (7). Näissä olosuhteissa tietyn järjestyksen spektrillä on suurin intensiteetti. Kulma β max kutsutaan "roiskekulmaksi" ja aallonpituutta kutsutaan "roiskeaallonpituudeksi". λ Blaze. Jos tutkimuksen spektrialue tunnetaan, niin λ Blaze voidaan määrittää suhteesta: (8), missä missä λ 1 Ja λ 2– spektrialueen raja-aallonpituudet. Suhde (8) auttaa valitsemaan oikean hilan. Esimerkki 1. Tutkittava alue on 400…1200 nm, ts. λ 1= 400 nm, λ 2= 1200 nm. Sitten kaavasta (8): λ Blaze= 600 nm. Valitse ritilä, jonka kiilto on 600 nm. Esimerkki 2. Tutkittu alue on 600…1100 nm. Laskenta kaavalla (8) antaa pyöristettynä 776 nm. Ehdotetussa luettelossa ei ole tällaista kiiltoa sisältävää säleikköä. Valitaan ritilä, jonka kiilto on lähinnä löydettyä, ts. 750 nm.
Energiatehokkuusalue diffraktiohilat Aluetta, jossa hilan heijastuskyky on vähintään 0,405, kutsutaan energiatehokkuusalueeksi: (9). Arvo riippuu spektrin järjestyksestä: se on suurin ensimmäisessä järjestyksessä ja pienenee nopeasti korkeampien kertalukujen spektrissä. Ensimmäiselle tilaukselle: . Tätä aluetta rajoittavat aallonpituudet: Ja .
Hajautusalue Dispersioalue on spektriväli, jossa tietyn kertaluvun spektri ei mene päällekkäin viereisten kertalukujen spektrien kanssa. Näin ollen diffraktiokulman ja aallonpituuden välillä on yksiselitteinen suhde. Dispersioalue määräytyy ehdoista: . (10). Ensimmäiselle tilaukselle , A , eli dispersioalue kattaa yhden oktaavin intervallin. Jotta dispersioalue voidaan yhdistää diffraktiohilan energiatehokkuusalueeseen, on välttämätöntä, että seuraava ehto täyttyy: (yksitoista). Tässä tapauksessa dispersioalueen sisällä hilan heijastuskyky k = 1 on vähintään 0,68. Esimerkki. Jos , Sitten , A . Näin ollen tietyllä hilalla alueella 450 nm - 900 nm dispersioalue yhdistetään energiatehokkuusalueeseen.
Dispersio Eri aallonpituuksilla olevien säteiden tilaerotteluasteelle on ominaista kulmadispersio. Saamme lausekkeen kulmadispersiolle eriyttämällä hilan yhtälö: (12). Tästä lausekkeesta seuraa, että kulmadispersio määräytyy yksinomaan kulmien perusteella α Ja β , mutta ei vetojen lukumäärän perusteella. Spektriinstrumentteihin sovellettaessa käytetään käänteistä lineaarista dispersiota, joka määritellään kulmadispersion ja polttovälin tulon käänteislukuna: .
Resoluutio Teoreettinen resoluutio: , missä on resoluutio. Diffraktiohilan, kuten minkä tahansa spektrilaitteen, resoluutio määräytyy instrumentaalisen funktion spektrin leveyden mukaan. Ritilässä laitetoiminnon leveys on häiriöfunktion päämaksimien leveys: . Sitten: (14). Diffraktiohilan spektriresoluutio on yhtä suuri kuin diffraktioasteen tulo k koko vetojen määrälle N. Hilayhtälön avulla: (15), jossa tuote - hilan varjostetun osan pituus. Lausekkeesta (15) on selvää, että tietyissä kulmissa α Ja β suuruus R voidaan lisätä vain diffraktiohilan kokoa suurentamalla. Resoluutiolauseke voidaan esittää toisessa muodossa (12) ja (15): (16), missä - taipuneen säteen leveys, - kulmadispersio. Lauseke (16) osoittaa, että resoluutio on suoraan verrannollinen kulmadispersion suuruuteen.
Hilan spektrialue riippuen iskujen määrästä Jokaiselle diffraktiohilalle jaksolla d on aallonpituuden enimmäisraja . Se määritetään hilayhtälöstä at k = 1 Ja α=β=90° ja on yhtä suuri kuin . Siksi, kun työskentelet spektrin eri alueilla, käytetään ritilöitä, joissa on eri määrä juovia: - UV-alueelle: 3600-1200 riviä/mm; - näkyvälle alueelle: 1200-600 riviä/mm; - IR-alueella: alle 300 riviä/mm.
Kovera diffraktiohila Koveralla diffraktiohilassa ei ole vain hajottavan, vaan myös tarkennusjärjestelmän roolia. Spekroskooppisten ominaisuuksien lausekkeet - kulmadispersio, erotuskyky ja dispersioalue - ovat samat kuin tasaisella hilassa. Koverilla ritiloilla, toisin kuin litteillä ritiloilla, on astigmatismia. Hajataittoisuus eliminoidaan tekemällä vedot asfääriselle pinnalle tai lyöntien väliset etäisyydet vaihtelevat tietyn lain mukaan.
Holografinen diffraktiohila Diffraktiohilan laatu määräytyy sironneen valon intensiteetillä, joka johtuu pienistä vioista yksittäisten vetojen reunoilla, ja "haamujen" - väärien viivojen - intensiteetistä, jotka syntyvät, kun tasaväli iskujen järjestelyssä on rikottu. Holografisten ritilöiden etuna rihlattuihin verrattuna on "haamujen" puuttuminen ja hajavalon alhaisempi intensiteetti. Holografisen vaiheen heijastavalla hilalla on kuitenkin sinimuotoinen viiva, eli se ei ole echelletti, ja siksi sen energiatehokkuus on pienempi (kuvio 2). Kolmiomaisella uraprofiililla varustettujen holografisten ritilöiden, ns. "teräritilöiden" valmistus johtaa mikrorakenteiden ilmestymiseen urien reunoihin, mikä lisää sironneen valon intensiteettiä. Lisäksi oikeaa kolmioprofiilia ei saavuteta, mikä heikentää tällaisten ritilöiden energiatehokkuutta.

Valaistuksen jakautuminen raon kuvassa

Valon jakautuminen raon kuvassa riippuu optisen järjestelmän poikkeavuuksien luonteesta sekä raon valaistustavasta.

Poikkeamat
Ihanteellinen optinen järjestelmä tuottaa tarkan kuvan pisteestä. Paraksiaalisella alueella optinen järjestelmä on lähellä ihannetta. Mutta rajallisella säteen leveydellä ja lähteen etäisyydellä optisesta akselista paraksiaalisen optiikan sääntöjä rikotaan ja kuva vääristyy. Optista järjestelmää suunniteltaessa poikkeamat on korjattava.

Pallomainen poikkeama
Valaistuksen jakautuminen sirontapisteessä, jossa on pallopoikkeama, on sellainen, että keskelle saadaan terävä maksimi valon nopealla laskulla kohti pisteen reunaa. Tämä aberraatio on ainoa, joka säilyy, vaikka kohdepiste sijaitsee järjestelmän optisella pääakselilla. Pallopoikkeama on erityisen suuri suuren aukon järjestelmissä (suurella suhteellisella aukolla).

Kooma
Pistekuva koomassa on epäsymmetrisen pisteen muotoinen, jonka valaistus on suurin sirontakuvan yläosassa.

Astigmatismi
Se johtuu optisen pinnan epätasaisesta kaareutumisesta eri leikkaustasoissa ja ilmenee siinä, että aaltorintama vääristyy kulkiessaan optisen järjestelmän läpi ja valonsäteen fokus eri osissa esiintyy eri kohdissa. Sirontahahmo on ellipsien perhe, jonka valaistus jakautuu tasaisesti. On olemassa kaksi tasoa - meridionaalinen ja sagitaalinen, kohtisuorassa siihen, joissa ellipsit muuttuvat suoriksi segmenteiksi. Molempien osien kaarevuuskeskuksia kutsutaan pesäkkeiksi, ja niiden välinen etäisyys on astigmatismin mitta.

Kentän kaarevuus
Polttotason parhaan tarkennuspinnan poikkeama on aberraatio, jota kutsutaan kenttäkaareudeksi.

Vääristymä
Vääristymä on kuvan vääristymä, joka johtuu kuvan eri osien epätasaisesta lineaarisesta suurennuksesta. Tämä poikkeama riippuu pisteen etäisyydestä optiseen akseliin ja ilmenee samankaltaisuuslain vastaisena.

Kromaattinen aberraatio
Valon dispersion vuoksi esiintyy kahdenlaisia ​​kromaattisia aberraatioita: polttopistekromatismi ja suurennuskromatismi. Ensimmäiselle on tunnusomaista kuvatason siirtyminen eri aallonpituuksille, toiselle poikittaissuurennuksen muutos. Kromaattista aberraatiota esiintyy optisissa järjestelmissä, jotka sisältävät taitevista materiaaleista valmistettuja elementtejä. Kromaattiset poikkeamat eivät ole peileille ominaisia. Tämä seikka tekee peilien käytöstä monokromaattoreissa ja muissa optisissa järjestelmissä erityisen arvokasta.

Sisääntuloraon valaistus

Koherentti ja epäkoherentti valaistus
Laitteen sisääntuloraon valaistuksen luonteella on merkittävä merkitys intensiteetin jakautumiselle spektriviivan leveydelle, ts. valaistuksen koherenssiaste. Käytännössä sisääntuloraon valaistus ei ole tiukasti yhtenäistä eikä epäyhtenäistä. On kuitenkin mahdollista päästä hyvin lähelle jompaakumpaa näistä kahdesta ääritapauksesta. Koherentti valaistus voidaan saavuttaa valaisemalla rako pistelähteellä, joka sijaitsee raon eteen sijoitetun suurihalkaisijaisen lauhduttimen polttopisteessä.

Toinen menetelmä on linssitön valaistus, kun pieni lähde sijoitetaan suurelle etäisyydelle raosta. Epäkoherentti valaistus voidaan saada aikaan käyttämällä kondensaattorilinssiä valonlähteen fokusoimiseksi laitteen sisääntulorakoon. Muut valaistusmenetelmät ovat väliasennossa. Niiden erottamisen tärkeys johtuu siitä, että koherentilla valolla valaistuna voi esiintyä häiriöilmiöitä, joita ei havaita epäkoherentilla valolla valaistussa.

Jos päävaatimus on saavuttaa maksimiresoluutio, niin diffraktiohilan aukko täytetään koherentilla valolla tasossa, joka on kohtisuorassa rakoa vastaan. Jos on tarpeen varmistaa spektrin maksimaalinen kirkkaus, käytetään epäkoherenttia valaistusmenetelmää, jossa aukko täytetään myös raon suuntaisessa tasossa.

Aukon täyttäminen valolla. F/#-Matcher .
Yksi spektrilaitetta luonnehtivista pääparametreista on sen aukkosuhde. Aukko määräytyy laitteeseen tulevan valonsäteen suurimman kulmakoon mukaan ja mitataan halkaisijan suhteella (dk) polttoväliin (fk) kollimaattori peili. Käytännössä käytetään usein käänteistä, ns F/# On suositeltavaa käyttää toista ominaisuutta - numeerista aukkoa. Numeerinen aukko (N.A.) liittyvä F/# suhde: .

Laajennetun epäkoherentin valonlähteen optimaalinen kuvantaminen laitteen syöttörakoon saavutetaan, kun tulevan valonsäteen avaruuskulma on yhtä suuri kuin laitteen tulokulma.

A– sisäänkäynnin rakoalue; θ - syöttö avaruuskulma.

Jos rako ja kollimaattori ovat täynnä valoa, mikään ylimääräinen linssi- ja peilijärjestelmä ei auta lisäämään järjestelmän läpi kulkevan säteilyn kokonaisvirtaa.

Tietylle spektrilaitteelle suurin syötetty avaruuskulma on vakioarvo, joka määräytyy kollimaattorin koon ja polttovälin mukaan: .

Valonlähteen ja spektrilaitteen kulma-aukkojen sovittamiseksi käytetään erityistä laitetta nimeltä F/# Matcher. F/# Matcheria käytetään yhdessä spektrilaitteen kanssa, joka tarjoaa suurimman aukon sekä valoohjaimen kanssa että ilman.

Kuva 4. F/# Matcher Scheme

F/# Matcherin edut ovat:

• Käyttämällä spektrilaitteen täyttä geometristä aukkoa
  
• Vähentää hajavaloa
• Säilyttää hyvän spektri- ja spatiaalisen kuvanlaadun
• Mahdollisuus käyttää eripaksuisia suodattimia ilman tarkennusvääristymiä
  

MÄÄRITELMÄ

Diffraktiohila kutsutaan spektrilaitteeksi, joka on järjestelmä, jossa on useita halkeamia, jotka erotetaan läpinäkymättömillä tiloilla.

Käytännössä käytetään hyvin usein yksiulotteista diffraktiohilaa, joka koostuu saman leveistä samansuuntaisista, samassa tasossa sijaitsevista rakoista, jotka erotetaan toisistaan ​​läpinäkymättömillä, yhtä leveillä väleillä. Tällainen ritilä valmistetaan erityisellä jakokoneella, joka kohdistaa yhdensuuntaiset vedot lasilevyyn. Tällaisten iskujen määrä voi olla yli tuhat millimetriä kohden.

Heijastavia diffraktiohiloja pidetään parhaimpana. Tämä on kokoelma alueita, jotka heijastavat valoa alueilla, jotka heijastavat valoa. Tällaiset ritilät ovat kiillotettu metallilevy, jolle levitetään valoa sirottavia iskuja leikkurilla.

Hilan diffraktiokuvio on seurausta kaikista raoista tulevien aaltojen keskinäisestä häiriöstä. Näin ollen diffraktiohilan avulla toteutetaan taittuneiden ja kaikista raoista tulevien koherenttien valonsäteiden monisäteiden interferenssi.

Oletetaan, että diffraktiohilan raon leveys on a, läpinäkymättömän osan leveys on b, niin arvo on:

kutsutaan (vakio) diffraktiohilan jaksoksi.

Diffraktiokuvio yksiulotteisessa diffraktiohilassa

Kuvitellaan, että monokromaattinen aalto osuu normaalisti diffraktiohilan tasoon. Koska raot sijaitsevat yhtä suurilla etäisyyksillä toisistaan, vierekkäisistä raoista tulevien säteiden () reittierot valitulle suunnalle ovat samat koko annetussa diffraktiohilassa:

Tärkeimmät intensiteettiminimit noudatetaan ehdon määrittämissä suunnissa:

Pääminimien lisäksi rakoparin lähettämien valonsäteiden keskinäisen häiriön seurauksena ne kumoavat toisensa joissakin suunnissa, mikä tarkoittaa, että ylimääräisiä minimejä ilmaantuu. Ne syntyvät suunnissa, joissa säteiden reitin ero on pariton määrä puoliaaltoja. Lisäminimien ehto kirjoitetaan seuraavasti:

missä N on taittohilan rakojen lukumäärä; k' hyväksyy kaikki kokonaislukuarvot paitsi 0, . Jos hilassa on N rakoa, niin kahden päämaksimin välissä on lisäminimi, joka erottaa toissijaiset maksimit.

Diffraktiohilan päämaksimien ehto on lauseke:

Koska siniarvo ei voi olla suurempi kuin yksi, päämaksimien määrä on:

Jos valkoista valoa johdetaan hilan läpi, kaikki maksimit (paitsi keskim = 0) hajoavat spektriksi. Tässä tapauksessa tämän spektrin violetti alue on kohti diffraktiokuvion keskustaa. Tätä diffraktiohilan ominaisuutta käytetään valospektrin koostumuksen tutkimiseen. Jos hilajakso tunnetaan, niin valon aallonpituuden laskeminen voidaan lyhentää kulman löytämiseen, joka vastaa suuntaa maksimissaan.

Esimerkkejä ongelmanratkaisusta

ESIMERKKI 1

Harjoittele	Mikä on suurin spektrijärjestys, joka voidaan saada käyttämällä diffraktiohilaa, jonka vakio on m, jos siihen osuu monokromaattinen valonsäde, jonka aallonpituus on m?
Ratkaisu	Tehtävän ratkaisun perustana käytämme kaavaa, joka on ehto valon kulkeutuessa diffraktiohilan läpi saadun diffraktiokuvion päämaksimien havainnoimiseksi: Suurin arvo on yksi, joten: Kohdasta (1.2) ilmaisemme , saamme: Tehdään laskelmat:
Vastaus

ESIMERKKI 2

Harjoittele	Monokromaattinen valo, jonka aallonpituus on , johdetaan diffraktiohilan läpi. Seula asetetaan etäisyydelle L ritilästä. Hilan lähellä sijaitsevaa linssiä käyttämällä luodaan diffraktiokuvion projektio siihen. Tässä tapauksessa ensimmäinen diffraktiomaksimi sijaitsee etäisyydellä l keskimmäisestä. Kuinka monta juovaa diffraktiohilan (N) pituusyksikköä kohti on, jos valo osuu siihen normaalisti?
Ratkaisu	Tehdään piirustus.