Difrakcijas režģis. Ieliekto difrakcijas režģu raksturlielumu izpēte Galvenie secinājumi un darba rezultāti

Atšifrējums

1 Jaroslavļas Valsts pedagoģiskā universitāte nosaukta. K.D. Ušinska laboratorijas darbs 8 Roulenda difrakcijas režģa parametru noteikšana Jaroslavļa 010

2 Saturs 1. Jautājumi, lai sagatavotos darbam Teorētiskais ievads Difrakcija pēc spraugām Traucējumi no daudzām spraugām Režģis kā spektrālā ierīce Uzstādīšanas apraksts Darba veikšanas procedūra Uzdevums Uzdevums Uzdevums Uzdevums Pārbaudes jautājumi

3 1. Darba sagatavošanas jautājumi Laboratorijas darbs 8. Roulenda difrakcijas režģa parametru noteikšana Darba mērķis: iepazīšanās ar darbības principu un atstarojošā difrakcijas režģa parametru noteikšana, gaismas viļņa garuma mērīšana, izmantojot šo. režģis. Instrumenti un piederumi: metāla difrakcijas režģis, dzīvsudraba-kvarca lampa, speciāli izstrādāta iekārta. Literatūra: 1. Landsbergs G.S. Optika, M. Zinātne, 1976. Saveļjevs I.V. Fizikas kurss, 3. sēj., 1971. 1. Jautājumi sagatavošanai darbam 1. Fraunhofera difrakcija pēc spraugas. Roulendas režģis. 3. Režģis ir kā spektrāls aparāts. Difrakcijas režģa izkliede un izšķirtspēja.. Teorētiskais ievads Difrakcijas režģis ir liela skaita šauru paralēlu spraugu kopums, kas atrodas cieši vienādos attālumos viens no otra. Spraugas var uzklāt uz necaurspīdīga ekrāna vai, gluži pretēji, necaurspīdīgas rievas tiek uzklātas uz caurspīdīgas plāksnes (stikla). Režģa darbības pamatā ir spraugas difrakcijas parādība un daudzu spraugu radītie traucējumi. Pirms precizēt režģa ietekmi kopumā, aplūkosim difrakciju vienā spraugā. 3

4.1. Difrakcija pēc spraugas Ļaujiet plakanam monohromatiskam vilnim krist uz ekrāna ar šauru bezgala garu spraugu. 1. attēlā FF 1 ir ekrāna projekcija ar spraugu AB uz zīmēšanas plakni. Spraugas platums (b) atbilst gaismas viļņa garumam. Sprauga AB izgriež daļu no krītošās gaismas viļņa priekšpuses. Visi šīs frontes punkti svārstās vienādās fāzēs un, pamatojoties uz Huygens-Fresnel principu, ir sekundāro viļņu avoti. b F A B F 1 L F A ϕ C B F 1 L O 1 O att..1 E O 1 att.. Sekundārie viļņi izplatās visos virzienos no (0) līdz (± π) līdz viļņu izplatīšanās virzienam (1. att.). Ja novietojat objektīvu aiz spraugas, tad visi stari, kas gāja paralēli objektīvam, saplūdīs vienā punktā uz objektīva fokusa plaknes. Šajā brīdī tiek novērota sekundāro viļņu iejaukšanās. Interferences rezultāts ir atkarīgs no pusviļņu garumu skaita, kas iekļaujas ceļa starpībā starp attiecīgajiem stariem. Apskatīsim starus, kas virzās noteiktā leņķī ϕ pret krītošā gaismas viļņa virzienu (att..). BC = δ ceļa starpība starp ārējiem stariem. Sadalīsim AB Fresnela zonās (Fresnela zonas šajā gadījumā ir paralēlu plakņu sistēma, kas ir perpendikulāra zīmējuma plaknei un izveidota tā, lai attālums no katras zonas malām līdz punktam O 1 atšķirtos par). Ja δ satur pāra skaitu pusviļņu garumu, tad punktā O 1 būs gaismas vājināšanās min. Ja nepāra, tad gaismas pieaugums ir 4 E

5 . Teorētiskais ievads maks. Tāpēc ar δ = ±m min ar δ = ±(m + 1) max kur m = 0; 1; ;... Tā kā δ = b sin ϕ (skat. attēlu..), šos nosacījumus var uzrakstīt šādā formā: b sin ϕ = ±m b sin ϕ = ±(m + 1) min (.1) max (. ) 3. attēlā parādīts gaismas intensitātes sadalījums difrakcijas laikā pa spraugu atkarībā no leņķa. To var aprēķināt, izmantojot formulu: I ϕ = I o sin (π b sin ϕ) (π b sin ϕ) kur I o ir intensitāte difrakcijas modeļa vidū; I ϕ intensitāte punktā, ko nosaka vērtība. I ϕ 3 b b b 0 b b 3 b sin ϕ att..3.. Traucējumi no daudzām spraugām Aplūkosim vairākas paralēlas vienāda platuma spraugas (b), kas atrodas attālumā (a) viena no otras (difrakcijas režģis) (skat. att.). .4). 5

6 a d b δ 1 ϕ L O 4. att. Difrakcijas zīmējums no spraugām, tāpat kā iepriekšējā gadījumā, tiks novērots lēcas fokusa plaknē (L). Bet parādību sarežģī fakts, ka papildus difrakcijai no katras spraugas gaismas vibrāciju pievienošana notiek arī staros, kas nonāk lēcas fokusa plaknē no atsevišķiem spraugām, t.i. rodas daudzu staru iejaukšanās. Ja kopējais spraugu skaits ir N, tad N stari traucē viens otru. Ceļa starpība no divām blakus esošām spraugām ir vienāda ar δ 1 = (b+a) sin ϕ vai δ 1 = d sin ϕ, kur d = a + b sauc par režģa konstanti. Šī ceļa atšķirība atbilst tai pašai fāzes starpībai ψ = π δ1 starp blakus esošajiem stariem. Lēcas fokusa plaknes traucējumu rezultātā tiek iegūtas svārstības ar noteiktu amplitūdu, kas ir atkarīga no fāzu starpības. Ja ψ = mπ (kas atbilst ceļa starpībai δ 1 = m), tad svārstību amplitūdas summējas un gaismas intensitāte sasniedz maksimumu. Šos maksimumus sauc par galvenajiem, jo tiem ir ievērojama intensitāte, un to novietojums nav atkarīgs no kopējā spraugu skaita. Ja ψ = m () π N (vai δ1 = m N), tad šajos virzienos veidojas gaismas minimumi. Tāpēc ar traucējumiem N 6 E

7. Teorētiski ieviešot vienādas amplitūdas starus, tiek iegūti vairāki galvenie maksimumi, ko nosaka nosacījums: d sinϕ = ±m (.3), kur m = 0;1;;... un papildu minimumus, ko nosaka nosacījums: d sinϕ = ±m N (.4) kur m = 1;;3;... izņemot m = 0;N;N;..., jo šajā gadījumā nosacījums (.4) pārvēršas par galveno maksimumu nosacījumu (.3). No nosacījumiem (.4) un (.3) ir skaidrs, ka starp diviem galvenajiem maksimumiem ir (N 1) papildu minimumi, starp kuriem ir attiecīgi (N) sekundārie maksimumi, ko nosaka nosacījums: d sinϕ = ±(m + 1) N ( .5) I ϕ N = sinϕ N = 3 sinϕ N = 4 sinϕ att..5. (neņemot vērā difrakciju vienā spraugā) Palielinoties spraugu skaitam, palielinās papildu minimumu skaits, un galvenie maksimumi kļūst šaurāki un gaišāki. 5. attēlā ir dots 7

8 intensitātes sadalījums vairāku staru (spravu) interferences laikā. Tādējādi daudzu spraugu iedarbībā mums ir virzieni, ko nosaka nosacījumi: b sinϕ = ±m min no katras spraugas, b sinϕ = ±(m + 1) max no katras spraugas, d sinϕ = ±m galvenais maksimums rezultāts d sinϕ = ± m N d sinϕ = ±(m + 1) N daudzu staru traucējumi, papildu minimumi, sekundārie maksimumi. Vērojot attēlu, ko dod difrakcijas režģis, skaidri redzam tikai galvenos maksimumus, kas atdalīti ar gandrīz tumšiem intervāliem, jo sekundārie maksimumi ir ļoti vāji, spēcīgāko no tiem intensitāte nav lielāka par 5% no galvenās. Intensitātes sadalījums starp atsevišķiem galvenajiem maksimumiem nav vienāds. Tas ir atkarīgs no spraugas difrakcijas intensitātes sadalījuma un attiecības starp (b) un (d). Gadījumā, ja (b) un (d) ir samērīgi, trūkst daži galvenie maksimumi, jo Šie virzieni atbilst difrakcijas minimumiem. Tādējādi pie d = b izzūd visi pāra maksimumi, kas noved pie nepāra skaita palielināšanās. Pie d = 3b pazūd katrs trešais maksimums. Aprakstītā parādība ir ilustrēta 6. att. Intensitātes sadalījumu atkarībā no leņķa var aprēķināt, izmantojot formulu: I ϕ atrisināt. = I o sin (πbsin ϕ) sin (Nπdsin ϕ) (πbsin ϕ) sin (πbsin ϕ) kur I o ir intensitāte, ko rada viena sprauga attēla centrā. 8

9 . Teorētiskais ievads I 1 (ϕ) Difrakcijas shēma vienā spraugā, N = 1 b b sinϕ I (ϕ x) Interferences shēma, N = 4 ()()() 3 d d d d d 3 d sinϕ I(ϕ) Kopējais intensitātes sadalījuma modelis režģis N = 5 un d b = 4 d 6. att. sinϕ 9

10 3. Režģis kā spektrālā ierīce Palielinoties spraugu skaitam, palielinās galveno maksimumu intensitāte, jo palielinās ar režģi izstarotās gaismas daudzums. Bet būtiskākās izmaiņas, ko izraisa liels skaits atstarpju, ir difūzo galveno maksimumu pārvēršanās asos, šauros maksimumos. Maksimumu asums ļauj atšķirt tuvus viļņu garumus, kas attēloti kā atsevišķas, spilgtas svītras un nepārklāsies viens ar otru, kā tas ir ar neskaidriem maksimumiem, kas iegūti ar vienu vai nelielu skaitu spraugu. Difrakcijas režģi, tāpat kā jebkuru spektrālo ierīci, raksturo izkliede un izšķirtspēja. Kā dispersijas mērs tiek ņemts leņķiskais attālums starp divām līnijām, kuru viļņa garums atšķiras par 1 Å. Ja divas līnijas, kuru garums atšķiras par δ, atbilst leņķu atšķirībai, kas vienāda ar δϕ, tad dispersijas mērs būs izteiksme: D = δϕ δ = m dcos ϕ (3.6) Režģa izšķirtspēju raksturo spēja atšķirt divu tuvu viļņu klātbūtni (izšķirt divus viļņu garumus) . Apzīmēsim ar minimālo intervālu starp diviem viļņiem, ko var izšķirt ar doto difrakcijas režģi. Režģa izšķirtspējas mērs parasti tiek uzskatīts par viļņa garuma, ap kuru tiek veikts mērījums, attiecību pret noteikto minimālo intervālu, t.i. A =. Aprēķinos iegūts, ka: A = = mn, (3.7) kur m ir spektra secība, N ir kopējais režģa spraugu skaits. Augsta difrakcijas režģu izšķirtspēja un izkliede tiek panākta, pateicoties lielajām N vērtībām un mazajiem d (režģa periodiem). Roulenda režģiem ir šie parametri. Roulenda režģis ir ieliekts metāla spogulis, uz kura tiek uzliktas rievas (gājieni). Tas var vienlaikus darboties kā režģis un savācējlēca, ļaujot 10

11 4. Instalācijas apraksts, lai iegūtu difrakcijas rakstu tieši uz ekrāna. 4. Instalācijas apraksts A D 1 ϕ R 4 3 B l E C Zīm. 4.1 Mērījumu iestatīšana attēlā. 4.1 sastāv no stingri fiksētām sliedēm (AB un BC), pa kurām sliede DE var brīvi slīdēt. Roulenda režģis (1) ir piestiprināts vienā sliedes galā. Režģis ir fiksēts tā, lai tā plakne būtu perpendikulāra DE sliedei. Gaismas avots ir sprauga (4), ko apgaismo dzīvsudraba-kvarca lampa (3). Apgaismojot režģi AB virzienā, var novērot dažādu secību spektrus. Attālums no spraugas līdz pētāmajām līnijām dzīvsudraba spektrā tiek reģistrēts skalā, kas atzīmēta uz BC personāla, izmantojot teleskopu (). 5. Darba kārtība Uzdevums 1. Iepazīstieties ar darba aprakstu un iekārtas optisko dizainu. vienpadsmit

12 Uzdevums. Nosakiet Roulenda režģa konstanti. Režģa konstante tiek noteikta no galvenā maksimuma nosacījuma: d = m sin ϕ. No uzstādīšanas shēmas Fig. 4.1: sinϕ = l R, kur l ir attālums no spraugas līdz spektrālās līnijas pozīcijai uz stenda (BC), R ir spieķa garums (DE). Galīgā darba formula ir: d = m R l (5.8.) Konstante noteikta trim līnijām dzīvsudraba spektrā: Līnija Spilgtums Å Violeti zila Zaļa Dzeltena 1 (vistuvāk zaļai) Viļņu garumi ir norādīti ar lielāku precizitāti nekā citi elementi. no formulas (5.8 ), tāpēc varam pieņemt, ka = const. Sliedes garums (DE) R = (150 ± 5) mm. Ņemiet ticamības koeficientu α = 3. 1 Uzdevums jāveic šādā secībā: 1) ieslēdziet dzīvsudraba-kvarca lampu un uzsildiet to 5 minūtes, un pēc tam pārbaudiet, vai sprauga ir labi apgaismota;) pārvietojot DE sliedes gar sliedēm, atrodiet to, izmantojot tēmekļa zaļo līniju pirmās kārtas spektrā, m = 1 (standa BC kreisā puse), ja līnija ir plata, tad samaziniet spraugas platumu un ņemiet nolasījumu (l). Pēc tam caurule tiek pārnesta uz violeti zilo līniju (pa kreisi no zaļās gar BC stendu);

13 5. Darba kārtība 3) veikt tos pašus mērījumus tām pašām līnijām otrās kārtas spektrā, m = (stīna BC labā puse); mērījumi m > netiek veikti, jo BC dzelzceļš tam nav pietiekami garš. Šajā darbā varam aprobežoties ar atsevišķiem mērījumiem, jo relatīvā kļūda, nosakot (R), ievērojami pārsniedz relatīvo kļūdu, nosakot l (δ l = 0,5 mm pie α = 3). Tādējādi gala rezultāts tiek noteikts visām līnijām ar aptuveni tādu pašu precizitāti, lai beidzot varētu aprēķināt vidējo vērtību visām izmērītajām līnijām. Kļūdu Roulenda režģa konstantes noteikšanā nosaka pēc formulas: δd = d R δ R, (5.9) δ R = 5 mm standartkļūda, nosakot štāba garumu (DE). Eksperimentālos datus ir ērti ievadīt šādas formas tabulā: Tabula 1 m, Å l (mm) d(mm) d avg Yellow Yellow. 3. uzdevums. Nosakiet vienas dzeltenās līnijas viļņa garumu. Izmantojot uzdevumā iegūtos rezultātus, nosakiet otrās dzeltenās līnijas viļņa garumu: Жii = d Жi l Жii mr (5.10) 13

14 kur uzdevumā iegūta d un režģa konstante. Zii vērtības abām kārtām (m = 1 un m =) ir vienlīdz precīzas, t.i. tiek noteiktas pēc standartnovirzēm δ d un δ R, tāpēc tām var aprēķināt vidējo vērtību. Kļūdu nosaka pēc formulas: Жii = (жii d vid. Gala rezultātu raksta formā:) () δd + Жii δr R. (5.11) Жii = (жiiср ± Жii)Å, ar α = 3. 4. uzdevums. Noteikt režģa Roulenda leņķisko dispersiju. Lai noteiktu difrakcijas režģa leņķisko dispersiju, jāizmēra leņķiskais attālums starp divām tuvām spektra līnijām. Šim nolūkam ir ērti izmantot dzeltenas dzīvsudraba līnijas. ir dots uzdevuma tekstā. zii ņemt no 3. uzdevuma. D = δ ϕ δ ϕ zhi ϕ zhii zhi zii. (5.1) Jānosaka leņķiskā dispersija abām kārtām (m = 1 un m =). Salīdziniet iegūtās vērtības savā starpā un ar vērtībām, kas iegūtas, izmantojot formulu: D = m d av cos ϕ (5.13) Pēc skolotāja norādījuma novērtējiet kļūdas izteiksmēm (5.1) un (5.13). 5. uzdevums. Aprēķiniet Roulenda difrakcijas režģa izšķirtspējas teorētisko vērtību. kur N ir režģa līniju skaits. A = mn (5.14) 14

15 6. Pārbaudes jautājumi N vērtību nosaka, pamatojoties uz režģa garumu (L = 9 ± 0,1 mm) pie α = 3 un režģa konstantes vērtību (sk. uzdevumu). Veiciet aprēķinus abiem pasūtījumiem (m = 1 un m =). Novērtējiet izteiksmes (5.14.) kļūdas lielumu. 6. Pārbaudes jautājumi 1. Kāpēc spraugas izmēram jābūt samērīgam ar viļņa garumu? Kāpēc nulles kārtas maksimums ir, ja režģis ir izgaismots ar baltu gaismu, bet pārējais ir zaigojošs? 3. Kā režģa periods ietekmē difrakcijas modeli? 4. Parādiet, ka, nosakot periodu, var neņemt vērā nejaušu kļūdu. 15

Austrumsibīrijas Valsts Tehnoloģiju un vadības universitāte Fizikas katedra Gaismas difrakcija Lekcija 4.2 Gaismas difrakcija parādību kopums, kas novērots gaismas izplatīšanās laikā vidē ar

Specializētais izglītības un zinātnes centrs - Maskavas Valsts universitātes fakultāte. M.V. Lomonosovs, skola nosaukta A.N. Kolmogorova Fizikas katedra Vispārīgās fizikas darbnīca Laboratorijas darbi Gaismas viļņu garumu mērīšana cietā vielā

LABORATORIJAS DARBS 8- DIFRAKCIJAS REŽĢA IZPĒTE Darba mērķis: izpētīt gaismas difrakciju uz viendimensijas difrakcijas režģa un noteikt tā raksturlielumus: difrakcijas režģa periodu, leņķisko dispersiju.

Gaismas difrakcija Lekcija 4.2. Gaismas difrakcija Difrakcija ir parādību kopums, kas novērots gaismas izplatīšanās laikā vidē ar asām neviendabībām (ekrānu malām, maziem caurumiem) un saistīts ar novirzēm.

Laboratorijas darbs 3 Gaismas viļņa garuma noteikšana, izmantojot difrakcijas režģi DARBA MĒRĶIS Iepazīšanās ar caurspīdīgo difrakcijas režģi, gaismas avota (lampas) spektra viļņu garumu noteikšana.

3 Darba mērķis: iepazīties ar atstarojošo difrakcijas režģi. Uzdevums: ar difrakcijas režģi un goniometru noteikt dzīvsudraba lampas spektra līniju viļņu garumus un Instrumentu leņķisko dispersiju

LABORATORIJAS DARBS 48 GAISMAS DIFRAKCIJAS IZPĒTE UZ DIFRAKCIJAS REŽĪTĀ Darba mērķis ir izpētīt gaismas difrakciju uz viendimensijas difrakcijas režģa, nosakot pusvadītāju lāzera starojuma viļņa garumu.

Baltkrievijas Republikas Izglītības ministrija Izglītības iestāde "Baltkrievijas Valsts informātikas un radioelektronikas universitāte" Fizikas katedra LABORATORIJAS DARBS.7 FRAUNOFERA DIFRAKCIJAS PĒTĪJUMS

Laboratorijas darbs 0 DIFRĀCIJAS REŽĪGA PĒTĪJUMS Instrumenti un piederumi: Spektrometrs, iluminators, difrakcijas režģis ar periodu 0,0 mm. Ievads Difrakcija ir novēroto parādību kopums

LABORATORIJAS DARBS 6 (8) DARBĪBAS DIFRAKCIJAS REŽĪGA IZPĒTE Darba mērķis: Iepazīšanās ar caurspīdīgu difrakcijas režģi, sarkanās un zaļās krāsas viļņu garumu noteikšana, dispersijas noteikšana.

Nosaukta Jaroslavļas Valsts pedagoģiskā universitāte. K. D. Ušinskis Laboratorijas darbs 3 Gaismas viļņa garuma noteikšana, izmantojot Freneļa biprismu Jaroslavļa 2009 Saturs 1. Sagatavošanas jautājumi

LABORATORIJAS DARBS 47 DIFRAKCIJAS IZPĒTE PARALĒLAJOS STAROJOS (FRAUNHOFERA DIFRAKCIJA) Darba mērķis ir novērot difrakcijas modeli difrakcijas laikā paralēlos staros vienā un divās spraugās; definīcija

Laboratorijas darbs 3 VILNĪŅA GARUMA NOTEIKŠANA IZMANTOJOT DIFRAKCIJAS REŽĢU Mērķi: Difrakcijas režģa kā spektrālās ierīces izpēte. Darba procesā nepieciešams: 1) atrast spektra viļņu garumus

Valsts augstskola "DOŅECKAS NACIONĀLĀ TEHNISKĀ UNIVERSITĀTE" Fizikas katedra Laboratorijas pārskats 83 GAISMAS VIĻŅA GARUMA NOTEIKŠANA IZMANTOJOT DIFRAKCIJAS REŽĪGU

Laboratorijas darbs 20 Radiācijas spektra līniju viļņu garumu noteikšana, izmantojot difrakcijas režģi Darba mērķis: iepazīšanās ar caurspīdīgu difrakcijas režģi; avota spektra viļņu garumu noteikšana

Laboratorijas darbs 3.06 GAISMAS VIĻŅA GARUMA NOTEIKŠANA IZMANTOJOT DIFRAKCIJAS REŽĪGU N.A. Ekonomovs, Kozis E.V. Darba mērķis: izpētīt gaismas viļņu difrakcijas fenomenu uz difrakcijas režģa. Vingrinājums:

Laboratorijas darbs 3.05 FRAUNHOFERA DIFRAKCIJA UZ SPĒLĒM UN DIFRAKCIJAS REŽĪTIEM M.V. Kozinceva, T.Ju. Ļubeznova, A.M. Bišajevs Darba mērķis: izpētīt gaismas viļņu Fraunhofera difrakcijas pazīmes uz

Laboratorijas darbu veikšanas vadlīnijas 3..3 DIFRAKCIJAS PĒTĪJUMS NO LĀZERA STARU SPĒLES Stepanova L.F. Viļņu optika: Laboratorijas darbu veikšanas vadlīnijas fizikā / L.F.

Krievijas Federācijas Izglītības un zinātnes ministrija Tomskas Valsts vadības sistēmu un radioelektronikas universitātes (TUSUR) Fizikas katedra LĀZERA STAROJUMA DIFRAKCIJAS PĒTĪJUMS UZ DIVDIMENSIJU

Laboratorijas darbs 6 DIFRAKCIJAS REŽĪGA IZPĒTE Gaismas difrakcija ir parādība, kas sastāv no gaismas viļņu izplatīšanās virziena novirzes no ģeometriskās optikas noteiktajiem virzieniem.

Valsts augstskola "DOŅECKAS NACIONĀLĀ TEHNISKĀ UNIVERSITĀTE" Fizikas katedra Laboratorijas pārskats 84 GAISMAS VILĻŅA GARUMA NOTEIKŠANA IZMANTOJOT DIFRAKCIJAS REŽĢU

Laboratorijas darbs.4 Gaismas difrakcijas izpēte Darba mērķis: Izpētīt gaismas difrakciju paralēlos staros. Darba procesā atrisinātās problēmas:) No difrakcijas iegūt difrakcijas rakstu

3. darbs GAISMAS DIFRAKCIJA Darba mērķis: gaismas difrakcijas fenomena novērošana no difrakcijas režģa lāzera staros un baltā gaismas avotā; lāzera starojuma viļņa garuma mērīšana. Ievads viendabīgā

Laboratorijas darbi 3.15. DIFRAKCIJAS REŽĪGS KĀ SPEKTRĀLĀ IERĪCE A.I. Bugrova Darba mērķis: Difrakcijas režģa kā spektrālās ierīces perioda un leņķiskās dispersijas eksperimentāla noteikšana.

Laboratorijas darbi 3.07 DIFRAKCIJAS REŽĪVS KĀ SPEKTRĀLIEERĪCE N.A. Ekonomovs, A.M. Popovs. Darba mērķis: eksperimentāla difrakcijas režģa leņķiskās dispersijas noteikšana un tās maksimālās aprēķins

Aprēķinu un grafiskais uzdevums ir veltīts difrakcijas viļņu optikas sadaļai. Darba mērķis ir pētīt difrakciju ar difrakcijas režģi. Īsa difrakcijas fenomena teorija. Difrakcija ir parādība, kas ir raksturīga

Interferences difrakcijas viļņu optika Optikas pamatlikumi Gaismas taisnvirziena izplatīšanās likums Gaisma optiski viendabīgā vidē izplatās taisni Gaismas staru neatkarības likums

Gaismas difrakcija Difrakcija ir viļņu izplatīšanās novirze no ģeometriskās optikas likumiem šķēršļu tuvumā (viļņi liecas ap šķēršļiem). ĢEOMETRISKĀ ĒNOJUMA LAIKA Difrakcija

MASKAVAS VALSTS TEHNISKĀ UNIVERSITĀTE "MAMI" Fizikas katedra LABORATORIJAS DARBS 3.05 Fraunhofera difrakcijas izpēte no viena sprauga Maskava 2008 1 LABORATORIJAS DARBS 3.05 Difrakcijas izpēte

Laboratorijas darbs Difrakcijas izpēte paralēlā lāzera starojuma starā. Darba mērķis: iepazīšanās ar gaismas difrakciju uz viendimensijas difrakcijas režģa un lāzera starojuma viļņa garuma noteikšana;

5. LABORATORIJAS DARBS GAISMAS VIĻŅU GARUMA NOTEIKŠANA, IZMANTOJOT FRESNELA BIPRISMAS Darba mērķis un saturs Darba mērķis ir iepazīties ar gaismas interferences fenomenu. Darba saturs sastāv

4.. Viļņu optika Pamatlikumi un formulas Homogēnas caurspīdīgas vides absolūtais laušanas koeficients n = c / υ, kur c ir gaismas ātrums vakuumā, bet υ ir gaismas ātrums vidē, kura vērtība ir atkarīga

Difrakcija Difrakcija. Huygens-Fresnel princips. Freneļa zonas metode. Difrakcija ar apaļu caurumu un disku. Spraugas difrakcija. Difrakcijas režģis. Rentgenstaru difrakcija uz kristāla. Atļauts

Nosaukta Jaroslavļas Valsts pedagoģiskā universitāte. K.D. Ušinska optikas laboratorija V.K. Muhins Laboratorijas darbs 6 Freneļa difrakcija uz apaļas atveres Jaroslavļa 013 Saturs Literatūra:...

Optika Viļņu optika Spektra instrumenti. Difrakcijas režģis Redzamā gaisma sastāv no monohromatiskajiem viļņiem ar dažādu viļņu garumu. Apsildāmu ķermeņu starojumā (kvēlspuldzes kvēldiegs)

Laboratorijas darbs 5a Gaismas viļņa garuma noteikšana, izmantojot difrakcijas režģi. Darba mērķis: izpētīt gaismas difrakcijas fenomenu un izmantot šo parādību gaismas viļņa garuma noteikšanai.

Darbs 25a DIFRAKCIJAS PARĀDĪBU IZPĒTE Darba mērķis: gaismas difrakcijas novērošana uz difrakcijas režģa, difrakcijas režģa perioda un gaismas filtru caurlaidības apgabala noteikšana Aprīkojums:

Problēmu risināšanas piemēri Piemērs Viļņa garuma gaisma parasti krīt uz garu taisnstūra spraugu ar platumu b Atrodiet gaismas intensitātes leņķisko sadalījumu Fraunhofera difrakcijas laikā un arī leņķisko pozīciju

LABORATORIJAS DARBS 272 MONOHROMATISKĀS GAISMAS VIĻŅGARUMA NOTEIKŠANA IZMANTOJOT DIFRAKCIJAS REŽĪGU 1. Darba mērķis: lāzera gaismas viļņa garuma noteikšana, izmantojot difrakcijas režģi. 2. Teorētiskais

KRIEVIJAS FEDERĀCIJAS IZGLĪTĪBAS UN ZINĀTNES MINISTRIJA Federālā valsts budžeta augstākās profesionālās izglītības iestāde "TJUMEŅAS VALSTS ARHITEKTŪRAS UN BŪVNIECĪBAS

Krievijas Federācijas Izglītības ministrija Tomskas Politehniskās universitātes Teorētiskās un eksperimentālās fizikas katedra “APSTIPRINĀTA” UNMF dekāns I.P. Černovs 00 DIFRAKCIJAS vadlīnijas

Difrakcijas režģis. Eksāmens. Režģa galvenie difrakcijas maksimumi. Difrakcijas režģis var darboties gan atstarotā, gan caurlaidīgā gaismā. Apskatīsim transmisijas režģi.

MSTU im. N.E. Bauman, Fizikas katedra A.S. Čujevs, Ju.V. Gerasimovs DATORLABORATORIJAS DARBS O-84 TRAUCĒJUMU UN DIFRAKCIJAS PARĀDĪBU IZPĒTE PĒC DIFRAKCIJAS REŽĪGA PIEMĒRA Darba mērķis: ievads

FIZIKA, 3. daļa INDIVIDUĀLS UZDEVUMS 1-4 1. variants 1. Monohromatiskas gaismas stars ar viļņa garumu 500 nm parasti krīt uz 0,1 mm platu spraugu. Difrakcijas modelis tiek novērots uz ekrāna, kas atrodas

UN PAR. Zaplatina Yu.L. Čepeļevs LĀZERA RĀDĪTĀJA STAROJUMA VIĻĻA GARUMA NOTEIKŠANA AR DIFRAKCIJAS METODI Jekaterinburga 2013 KRIEVIJAS FEDERĀLĀS GBOU HPE "URĀLAS VALSTS MEŽSAIMNIECĪBAS UNIVERSITĀTE" IZGLĪTĪTĀJU MINISTRIJA

0050. Lāzera starojuma difrakcija Darba mērķis: Difrakcijas režģu spraugas platuma un konstantes noteikšana no difrakcijas zīmējumiem uz novērošanas ekrāna Nepieciešamais aprīkojums: Modulārais treniņu komplekss

3. GAISMAS DIFRAKCIJA Difrakcija ir parādību kopums, kas tiek novērots gaismas izplatīšanās laikā vidē ar krasām neviendabībām un kas saistītas ar novirzēm no ģeometriskās optikas likumiem. difrakcija,

FEDERĀLĀ IZGLĪTĪBAS Aģentūra

3. DARBS Difrakcija ar dubulto spraugu un vairākām spraugām Darba mērķis: Pētot difrakciju pēc diviem spraugām, izpētīt sekundāro viļņu intensitātes sadalījuma atkarību uz ekrāna no spraugu platuma un

LABORATORIJAS DARBS 3.3. GAISMAS VIĻŅGARUMA NOTEIKŠANA, IZMANTOJOT DIFRAKCIJAS REŽĪGU 1. Darba mērķis Šī darba mērķis ir izpētīt gaismas difrakcijas fenomenu, izmantojot difrakcijas režģa piemēru un

1 Tēma: Gaismas viļņu īpašības: difrakcija Difrakcija ir viļņu parādība, kas liecas ap šķēršļiem, kas sastopami to ceļā, vai plašākā nozīmē jebkura novirze viļņu izplatīšanā tuvumā.

5. darbs. GAISMAS DIFRAKCIJAS IZPĒTE UZ VIENA SPRIEGA UN DIFRAKCIJAS REŽĪGA Darba mērķis: 1) Fraunhofera difrakcijas modeļa novērošana no viena sprauga un difrakcijas režģa monohromatiskā gaismā;

Problēma prasa kļūdu novērtēšanu! 1 Ievads Optikā difrakcija ir parādība, kas izpaužas kā novirzes gaismas starojuma uzvedībā no ģeometriskās optikas likumiem. Tas ir iespējams, pateicoties

Gaismas viļņu īpašības Gaismas daba ir duāla (duālistiska). Tas nozīmē, ka gaisma izpaužas gan kā elektromagnētiskais vilnis, gan kā fotonu daļiņu plūsma. Fotonu enerģija ε: kur h ir Planka konstante,

FIZISKĀS OPTIKAS PRAKTIKA FĀZU DIFRAKCIJAS REŽĪGA PĒTĪJUMS Laboratorijas darba apraksts 5.2 par fizisko optiku Novosibirska 1998 2 KRIEVIJAS VISPĀRĒJĀS UN PROFESIONĀLĀS IZGLĪTĪBAS MINISTRIJA

LABORATORIJĀS DARBS 5. LĒCAS IZliekuma RĀDIUSA NOTEIKŠANA PĒC ŅŪTONA GREDZENIEM. Darba mērķis un saturs Darba mērķis ir iepazīties ar traucējumu fenomenu plānos slāņos. Darba saturs ir

3 Darba mērķis: izpētīt šauras spraugas platuma ietekmi uz difrakcijas attēla izskatu, novērojot lāzera gaismā. Uzdevums: kalibrējiet regulējama platuma spraugu, izmantojot difrakcijas minimumu pozīciju

Laboratorijas darbs 5 Lāzera gaismas difrakcija ar difrakcijas režģi. Dažādu difrakcijas režģu parametru noteikšana. Difrakcijas režģi var saukt par jebkuru periodisku vai tuvu

Jautājumi 1. ieskaitei “Optika” 1. Uzskaitiet gaismas atstarošanas likumus. Kā principā iegūt attēlu plaknes spogulī? 2. Uzskaitiet gaismas laušanas likumus. 3. Kā mēs varam izskaidrot gaismas laušanas faktu?

Krievijas Federācijas Izglītības un zinātnes ministrija Federālā valsts budžeta augstākās profesionālās izglītības iestāde "Klusā okeāna valsts universitāte"

16. Huigensa-Freneļa princips No ģeometriskās optikas ir zināms, ka vilnis telpā izplatās taisni. Ja viļņa ceļā tiek sastapts šķērslis, tad aiz šķēršļa a

Gaismas difrakcija 1. Huigensa Freneļa princips. Freneļa zonas metode. 2. Difrakcija ar apaļu caurumu, disku (Fresnel difrakcija). 3. Paralēlo staru difrakcija (Fraunhofera difrakcija): a) difrakcija ar spraugu

KRIEVIJAS FEDERĀCIJAS IZGLĪTĪBAS UN ZINĀTNES MINISTRIJA KAZAŅAS VALSTS ARHITEKTŪRAS UN INŽENIERU UNIVERSITĀTE Fizikas katedra METODOLISKIE NORĀDĪJUMI FIZIKAS LABORATORIJAS DARBIEM studentiem

Laboratorijas darbs 43 b Gaismas difrakcijas izpēte uz difrakcijas režģa Laboratorijas darbu izstrādāja sekojoši Maskavas Valsts universitātes Fizikas katedras pasniedzēji: - aspirants Usatovs I.I., asociētais profesors. Tsargorodcevs Yu.P.

12. LEKCIJA GAISMAS DIFRAKCIJA Gaismas difrakcijas parādība. Huygens Fresnel princips Fresnel zonas. Freneļa difrakcija ar apļveida caurumu. Fraunhofera difrakcija ar spraugu 1. Viļņu difrakcijas fenomens Difrakcijas (no lat.

Krievijas Federācijas Izglītības un zinātnes ministrija Tomskas Valsts vadības sistēmu un radioelektronikas universitātes (TUSUR) Fizikas katedra LĀZERA STAROJUMA TRAUCĒJUMU pārvaldības PĒTĪJUMS

Gaismas difrakcijas pētījums Lipovskaya M.Yu., Yashin Yu.P. Ievads. Gaisma var izpausties vai nu kā vilnis, vai kā daļiņu plūsma, ko sauc par daļiņu-viļņu dualitāti. Traucējumi un

Gaismas viļņu traucējumi Traucējumi rodas, ja viļņi, ko rada divi vai vairāki avoti, kas svārstās ar vienādām frekvencēm, un daži konstanta fāzu starpība ir pārklāti ar šādiem avotiem

Laboratorijas darbs 5. Lāzera gaismas difrakcija ar difrakcijas režģi. Dažādu difrakcijas režģu parametru noteikšana. Η I. Eskins, I.S. Petruhins Sagatavots apraksts un metodika eksperimentu veikšanai

Krievijas Federācijas Izglītības un zinātnes ministrija Federālā izglītības aģentūra Krievijas Valsts naftas un gāzes universitāte nosaukta pēc. VIŅI. Gubkina Fizikas katedra http://physics.gubkin.ru LABORATORIJAS DARBS

DIFRAKCIJAS REŽĪGS- optiskais elements, kas ir liela skaita regulāri izvietotu sitienu (rievu, spraugu, izvirzījumu) kopums, kas vienā vai otrā veidā uzklāts uz plakanas vai ieliektas optiskās lēcas. virsmas. D. r. izmanto spektrālajos instrumentos kā izkliedēšanas sistēmu el-magn telpiskai sadalīšanai. spektrā. Uz lāzera krītošā gaismas viļņa priekšpuse ar tā svītrām tiek sadalīta atsevišķos staros, kas, izejot cauri svītrām, traucē (sk. Gaismas traucējumi), veidojot iegūto gaismas intensitātes telpisko sadalījumu - emisijas spektru.

Ir atstarojoši un caurspīdīgi D. r. Pirmajā sitieni tiek pielietoti spoguļa (metāla) virsmai, un no režģa atstarotajā gaismā veidojas no tā izrietošais traucējumu modelis. Otrajā sitieni tiek uzklāti uz caurspīdīgas (stikla) virsmas un. attēls veidojas caurlaidīgā gaismā.

Ja triepienus pieliek uz līdzenas virsmas, tad tādi D. r. sauca plakana, ja ieliekta - ieliekta. Mūsdienu spektra instrumenti izmanto gan plakanu, gan ieliektu D. r., Ch. arr. atstarojošs.

Plakans atstarojošs D. R., ražots, izmantojot speciālu sadalīšanas mašīnām ar dimanta griezēju ir taisni, stingri paralēli un vienādi vienādi gājieni, malas nosaka dimanta griezēja griešanas malas profils. Tāds D. r. apzīmē periodiskumu struktūra ar pastu. attālums d starp sitieniem (1. att.), t.s. periods D. r. Ir amplitūda un fāze D. r. Pirmajam koeficients periodiski mainās. atstarošana vai pārraide, kas izraisa izmaiņas krītošā gaismas viļņa amplitūdā (piemēram, spraugu režģis necaurspīdīgā ekrānā). Fāzē D. r. tiek piešķirti īpaši pieskārieni. forma, kas periodiski maina gaismas viļņa fāzi.

Rīsi. 1. Plakana difrakcijas režģa viendimensionālas periodiskas struktūras shēma (ļoti palielināta): d - režģa periods; W ir režģa vītņotās daļas garums.

Rīsi. 2. Diagramma, kas ilustrē difrakcijas režģa darbības principu: a- fāzes atstarojošs, b- amplitūdas slots.

Rīsi. 3. Difrakcijas režģa traucējumu funkcijas.

Ja uz dzīvokli D.r. krīt paralēls gaismas stars, kura ass atrodas plaknē, kas ir perpendikulāra režģa līnijām, tad, kā liecina aprēķini, rezultāts ir koherentu staru traucējumu rezultāts no visiem N režģa gājienus, gaismas intensitātes telpisko (stūru) sadalījumu (vienā plaknē) var attēlot kā divu funkciju reizinājumu: . Funkcija Jg nosaka gaismas difrakcija uz detaļas. insults, funkcija Dž. N ko izraisa traucējumi N koherenti stari, kas nāk no režģa gājieniem, un ir saistīti ar periodisku. struktūra D. r. Funkcija Dž. N noteiktam viļņa garumam nosaka režģa periods d, kopējais režģa līniju skaits N un leņķi, ko veido krītošie (leņķi) un izkliedētie (leņķi) stari ar normālu pret režģi (2. att.), bet nav atkarīgi no līniju formas. Tam ir forma , kur , - starp koherentiem paralēliem stariem, kas atrodas leņķī no blakus esošajiem D.R. gājieniem: =AB+AC(sk. 2. att., A- fāzes atstarojošajam D. r., 2, b- amplitūdas spraugu režģim). Funkcija Dž. N- periodisks funkcija ar asu intensīvu hl. maksimumi un mazie sekundārie maksimumi (3. att., A). Starp kaimiņu ch. atrodas pie maksimuma N-2 sekundārie maksimumi un N-1 minimums, kur intensitāte ir nulle. Nodrošinājums Ch. maksimumu nosaka no nosacījuma vai , Kur m=0, 1, 2, ... - vesels skaitlis. Kur

i., Č. maksimumi veidojas virzienos, kad ceļa starpība starp blakus esošajiem koherentajiem stariem ir vienāda ar veselu viļņu garumu skaitu. Visu galveno maksimumu intensitāte ir vienāda un vienāda , sekundāro maksimumu intensitāte ir maza un nepārsniedz no .

Sakarība, ko sauc par režģa vienādojumu, parāda, ka noteiktam krišanas leņķim virzieni uz galveno maksimumu ir atkarīgi no viļņa garuma, t.i. ; tāpēc D. r. telpiski (stūros) sadala starojumu. viļņu garumi. Ja difrakcijas. No režģa nākošais starojums tiek novirzīts lēcā, pēc tam tā fokusa plaknē veidojas spektrs. Šajā gadījumā tiek veidoti vairāki vienlaicīgi. spektri pie katras skaitļa vērtības un vērtības T nosaka spektra secību. Plkst m=0 (spektra nulles kārta), spektrs neveidojas, jo nosacījums ir izpildīts visiem viļņu garumiem (galvenie maksimumi visiem viļņu garumiem sakrīt). No pēdējā nosacījuma plkst t=0 no tā arī izriet , t.i., ka virzienu uz nulles kārtas maksimumu nosaka spoguļatstarošanās no režģa plaknes (4. att.); krītošie un izkliedētie nulles kārtas stari atrodas simetriski attiecībā pret režģa normālu. Abās pusēs virzienam uz nulles kārtas maksimumu ir maksimumi un spektri m=1, m=2 un tā tālāk.

Otrā funkcija Jg, kas ietekmē iegūto intensitātes sadalījumu spektrā, ir saistīts ar gaismas difrakciju uz daļas. insults; tas ir atkarīgs no daudzumiem , un arī par insulta formu - tā profilu. Aprēķins, ņemot vērā Huygens-Fresnel princips, dod par funkciju Jg izteiksme

kur ir krītošā viļņa amplitūda, - ; , , X Un plkst- punktu koordinātas gājiena profilā. Integrācija tiek veikta pa insulta profilu. Īpašam gadījumam ar plakanu amplitūdu D. r., kas sastāv no šaurām spraugām necaurspīdīgā ekrānā (2. att., b)vai šauras atstarojošas svītras uz plaknes, kur , A- spraugu (vai atstarojošo svītru) platums un atspoguļo difrakciju. intensitātes sadalījums Fraunhofera difrakcijas laikā ar spraugas platumu A(cm. Gaismas difrakcija). Tās izskats ir parādīts attēlā. 3(b). Virziens uz centru ch. difrakcija maksimālā funkcija Jg nosaka no stāvokļa u=0 vai , no kurienes, t.i., šo virzienu nosaka spoguļattēls no d.r. plaknes un līdz ar to arī virziens uz difrakcijas centru. maksimums sakrīt ar virzienu uz spektra nulles – ahromatisko – secību. Tāpēc maks. abu funkciju reizinājuma vērtība un līdz ar to maks. intensitāte būs nulles kārtas spektrā. Intensitāte citu kārtu spektros ( m 0) būs attiecīgi mazāka par intensitāti nulles secībā (kas shematiski attēlots 3. attēlā, V). Tas ir nerentabli, izmantojot amplitūdu D. r. spektrālās ierīcēs, jo lielākā daļa gaismas enerģijas, kas krīt uz lāzeru, tiek virzīta uz spektra nulles kārtu, kur nav spektrālās sadalīšanās, savukārt citu un pat pirmo kārtu spektru intensitāte ir maza.

Ja sitieni D. r. dot trīsstūrveida asimetrisku formu, tad šādam fāzes režģim ir funkcija Jg ir arī difrakcija. izplatīšana, bet ar argumentāciju Un, atkarībā no slīpuma leņķa gājiena malas (2. att., A). Šajā gadījumā virziens uz difrakcijas centru Maksimumu nosaka krītošā stara spoguļatstarošanās nevis no d.r. plaknes, bet gan no gājiena malas. Mainot gājiena malas slīpuma leņķi, var izlīdzināt difrakcijas modeļa centru. maksimālā funkcija Jg ar jebkādiem traucējumiem ch. maksimālā funkcija Dž. N jebkurš pasūtījums m 0, parasti m=1 (3. att., G) vai m=2. Šādas kombinācijas nosacījums ir tāds, ka leņķiem un vienlaikus jāatbilst attiecībām un . Šajos apstākļos noteiktā pasūtījuma spektrs T 0 būs maks. intensitāte, un norādītās attiecības ļauj noteikt nepieciešamo vērtību dotajiem. Fāze D. r. ar trīsstūrveida līnijas profilu, koncentrējot lielāko daļu (līdz 80%) uz režģa krītošās gaismas plūsmas spektrā, kas nav nulles kārtas, saukts. ešeleti. Tiek saukts leņķis, pie kura rodas noteiktā krītošās gaismas plūsmas koncentrācija spektrā. spilgtuma leņķis D. r.

Pamata spektroskopisks D. r raksturlielumus - leņķisko dispersiju, izšķirtspēju un izkliedes laukumu - nosaka tikai funkcijas īpašības Dž. N. saistīta ar periodisku D. līnijas struktūra un nav atkarīgi no gājiena formas.

Leņķis dispersija, kas raksturo dažāda viļņa garuma staru telpiskās (leņķiskās) atdalīšanas pakāpi, D. r. iegūts diferencējot ; tad , no kā izriet, ka strādājot noteiktā spektra secībā T lielums jo lielāks, jo mazāks rīvēšanas periods. Turklāt vērtība palielinās, palielinoties difrakcijas leņķim. Tomēr amplitūdas režģa gadījumā leņķa palielināšanās noved pie spektra intensitātes samazināšanās. Šajā gadījumā ir iespējams izveidot tādu līnijas profilu, ka enerģijas koncentrācija spektrā notiks lielos leņķos j, un tāpēc ir iespējams izveidot augstas apertūras spektrālās ierīces ar lielu leņķi. dispersija.

Teorētiskā izšķirtspēja D. r. , kur - min. divu monohromatisku viļņu garumu atšķirība vienādas intensitātes līnijas, kuras joprojām var atšķirt spektrā. Tāpat kā jebkura spektrālā ierīce, R D. r. nosaka pēc spektra platuma aparatūras funkcija, izgriezts D. r. ir galvenie funkcijas maksimumi Dž. N. Nosakot šo maksimumu spektrālo platumu, varam iegūt izteiksmes par R formā kur W=Nd- D. r. ēnotās daļas visā garumā. (1. att.). No izteiciena par R no tā izriet, ka dotajos leņķos vērtība R var palielināt, tikai palielinot D. r. W. Lielums R palielinās, palielinoties difrakcijas leņķim, bet lēnāk nekā palielinās. A izteiksmi var attēlot arī kā , Kur - paralēlo difraktoru pilns platums. stars nāk no D. r. leņķī.

D. r izkliedes apgabals ir spektra intervāla vērtība, kurai noteiktas kārtas spektrs T nepārklājas ar blakus esošo kārtu spektriem, un tāpēc starp difrakcijas leņķi pastāv nepārprotama saistība. tiek noteikts no nosacījuma, kur . Priekš m=1, t.i., dispersijas apgabals aptver, piemēram, vienas oktāvas intervālu. viss redzamais spektra apgabals no 800 līdz 400 nm. Izteiksmi for var uzrādīt arī formā , no kuras izriet, ka jo mazāka vērtība, jo lielāka d, un ir atkarīgs no leņķa, samazinās (atšķirībā no un R), palielinoties .

No izteiksmēm par un var iegūt relāciju. Par D. r. atšķirība starp tām ir ļoti liela, jo mūsdienu D. r. kopējais sitienu skaits N lieliski ( N~ 10 5 un vairāk).

Ieliekts D. r. Ieliektajā D. r. triepieni tiek uzklāti uz ieliektas (parasti sfēriskas) spoguļa virsmas. Šādi režģi kalpo gan kā izkliedēšanas, gan fokusēšanas sistēma, t.i., atšķirībā no plakanajiem režģiem spektrālajos instrumentos nav jāizmanto ieejas un izejas kolimatora lēcas vai spoguļi. Šajā gadījumā gaismas avots (ieejas sprauga S 1) un izrādās, ka spektrs atrodas uz riņķa līnijas, kas pieskaras režģim tās virsotnē, apļa diametrs ir vienāds ar izliekuma rādiusu R sfērisks virsma D. r. (5. att.). Šo apli sauc ap Roulendu. Gadījumā, ja ir ieliekta D. r. no gaismas avota (spraugas) uz režģa krīt diverģents gaismas stars, un pēc difrakcijas uz svītrām un koherentu staru iejaukšanās veidojas gaismas viļņi, kas saplūst Roulenda aplis, kur atrodas traucējumi. maksimumi, t.i., spektrs. Leņķi, ko veido krītošo un izkliedēto staru aksiālie stari ar sfēras asi, ir saistīti ar attiecību. Šeit veidojas arī vairāki. spektri atšķiras. ordeņi, kas atrodas uz Roulendas apļa, kas ir izkliedes līnija. Tā kā režģa vienādojums ieliektam D. r. tas pats, kas plakanam, tad izteiksmes spektroskopiskajam. īpašības - ang. dispersija, izšķirtspēja un izkliedes reģions - abiem režģu veidiem izrādās vienādi. Šo režģu lineāro dispersiju izteiksmes ir atšķirīgas (sk. Spektrālās ierīces).

Rīsi. 5. Spektru veidošanas shēma ar ieliektu difrakcijas režģi uz Roulenda apļa.

Ieliektiem radiatoriem, atšķirībā no plakanajiem, ir astigmatisms, kas izpaužas ar to, ka katrs avota punkts (spraugas) tiek attēlots ar režģi nevis punkta formā, bet gan nogriežņa veidā, kas ir perpendikulārs Roulenda aplim (dispersijas līnijai), t.i., vērsta pa spektra līnijām, kas ved uz . spektra intensitātes samazināšanās. Astigmatisma klātbūtne arī novērš sadalīšanās izmantošanu. fotometrisks ierīces. Astigmātismu var novērst, ja triepienus pieliek asfēriskajam, piem. toroidāla ieliekta virsma vai sagriezta režģī nevis ar vienlīdzīgu attālumu, bet ar attālumiem starp sitieniem, kas mainās atbilstoši noteiktam likumam. Bet šādu režģu ražošana ir saistīta ar lielām grūtībām, tās vēl nav plaši izmantotas.

Topogrāfiskais D. R. 20. gadsimta 70. gados Tika izstrādāta jauna hologrāfiska metode gan plakano, gan ieliekto DR izgatavošanai, un pēdējā var novērst astigmatismu, kas nozīmē. spektra apgabalos. Šajā metodē plakana vai ieliekta sfēriska. substrāts pārklāts ar īpašu slāni. gaismjutīgs materiāls - fotorezists, tiek apgaismots ar diviem koherenta lāzera starojuma stariem (ar viļņa garumu), kuru krustošanās zonā veidojas stacionāri traucējumi. attēls ar kosinusa intensitātes sadalījumu (sk. Gaismas traucējumi), mainot fotorezista materiālu atbilstoši attēla intensitātes izmaiņām. Pēc atbilstošas eksponētā fotorezista slāņa apstrādes un atstarojoša pārklājuma uzklāšanas tiek iegūts hologrāfisks attēls. fāzes atspoguļojums. režģis ar līnijas kosinusa formu, t.i., tas nav ešelets un tāpēc tam ir mazāka atvēruma attiecība. Ja apgaismojumu radīja paralēli stari, kas veido leņķi savā starpā (6. att.), un substrāts ir plakans, tad iegūst plakanu, vienādā attālumā izvietotu hologrāfisku attēlu. D. r. ar punktu, ar sfērisku substrāts - ieliekts hologrāfisks. D. r., pēc savām īpašībām līdzvērtīgs parastajam ieliektajam režģim. Izgaismots, sfērisks. substrāts ar diviem novirzošiem stariem no avotiem, kas atrodas uz Roulendas apļa, tiek iegūts hologrāfisks rezultāts. D. r. ar izliektiem un nevienlīdzīgiem triepieniem malas ir brīvas no astigmatisma, kas nozīmē. spektra apgabalos.

Difrakcijas režģis

Ļoti liela atstarojoša difrakcijas režģis.

Difrakcijas režģis- optiskā ierīce, kas darbojas pēc gaismas difrakcijas principa, ir liela skaita regulāri izvietotu sitienu (spravu, izvirzījumu) kopums, kas uzlikts noteiktai virsmai. Pirmo fenomena aprakstu sniedza Džeimss Gregorijs, kurš izmantoja putnu spalvas kā režģi.

Režģu veidi

Atstarojošs: Sitieni tiek uzklāti uz spoguļa (metāla) virsmas, un novērošana tiek veikta atstarotā gaismā
Caurspīdīgs: Sitieni tiek uzklāti uz caurspīdīgas virsmas (vai izgriezti šķēlumu veidā uz necaurspīdīga ekrāna), novērošana tiek veikta caurlaidīgā gaismā.

Parādības apraksts

Šādi izskatās gaisma no kvēlspuldzes, kad tā iziet cauri caurspīdīgai difrakcijas režģim. Nulle maksimums ( m=0) atbilst gaismai, kas bez novirzes iet cauri režģim. Sakarā ar režģa dispersiju pirmajā ( m=±1) maksimāli var novērot gaismas sadalīšanos spektrā. Novirzes leņķis palielinās līdz ar viļņa garumu (no violetas līdz sarkanai)

Gaismas viļņa priekšpuse ar režģa stieņiem ir sadalīta atsevišķos koherentas gaismas staros. Šie stari tiek pakļauti difrakcijai ar svītrām un traucē viens otru. Tā kā katram viļņa garumam ir savs difrakcijas leņķis, baltā gaisma tiek sadalīta spektrā.

Formulas

Attālumu, līdz kuram atkārtojas līnijas uz režģa, sauc par difrakcijas režģa periodu. Apzīmēts ar burtu d.

Ja insultu skaits ir zināms ( N), uz 1 mm režģa, tad režģa periodu nosaka pēc formulas: 0,001 / N

Difrakcijas režģa formula:

d- režģa periods, α - noteiktas krāsas maksimālais leņķis, k- maksimālā secība, λ - viļņa garums.

Raksturlielumi

Viena no difrakcijas režģa īpašībām ir leņķiskā dispersija. Pieņemsim, ka leņķī φ viļņa garumam λ un leņķī φ+Δφ viļņa garumam λ+Δλ tiek novērots noteiktas kārtas maksimums. Režģa leņķisko dispersiju sauc par attiecību D=Δφ/Δλ. D izteiksmi var iegūt, diferencējot difrakcijas režģa formulu

Tādējādi leņķiskā dispersija palielinās, samazinoties režģa periodam d un spektra secības palielināšana k.

Ražošana

Labiem režģiem nepieciešama ļoti augsta ražošanas precizitāte. Ja vismaz viena no daudzajām spraugām ir novietota ar kļūdu, režģis būs bojāts. Mašīna režģu izgatavošanai ir stingri un dziļi iebūvēta īpašā pamatnē. Pirms režģu faktiskās ražošanas uzsākšanas iekārta 5-20 stundas darbojas tukšgaitā, lai stabilizētu visas tās sastāvdaļas. Režģa griešana ilgst līdz 7 dienām, lai gan gājiena laiks ir 2-3 sekundes.

Pieteikums

Difrakcijas režģi tiek izmantoti spektrālajos instrumentos, arī kā lineāro un leņķisko noviržu optiskie sensori (mērīšanas difrakcijas režģi), infrasarkanā starojuma polarizatori un filtri, staru sadalītāji interferometros un tā sauktie “pretatspīduma” stikli.

Literatūra

Sivukhins D.V. Vispārējās fizikas kurss. - 3. izdevums, stereotipisks. - M.: Fizmatlit, MIPT, 2002. - T. IV. Optika. - 792 s. - ISBN 5-9221-0228-1
Tarasovs K.I., Spektra ierīces, 1968

Skatīt arī

Furjē optika

Wikimedia fonds. 2010. gads.

Skatiet, kas ir “difrakcijas režģis” citās vārdnīcās:

Optiskā ierīce; daudzu paralēlu spraugu kopums necaurspīdīgā ekrānā vai atstarojošās spoguļa joslas (sloksnes), kas atrodas vienādi viena no otras un uz kurām notiek gaismas difrakcija. Difrakcijas režģis sadalās...... Lielā enciklopēdiskā vārdnīca

DIFRAKCIJAS REŽĪGS, plāksne ar paralēlām līnijām, kas tai uzklātas vienādos attālumos viena no otras (līdz 1500 uz 1 mm), kas kalpo SPEKTRA iegūšanai gaismas DIFRAKCIJAS laikā. Transmisijas režģi ir caurspīdīgi un izklāti uz...... Zinātniskā un tehniskā enciklopēdiskā vārdnīca

difrakcijas režģis- Spoguļa virsma ar mikroskopiskām paralēlām līnijām, ierīce, kas atdala (piemēram, prizmu) uz tās krītošo gaismu redzamā spektra komponentu krāsās. Informācijas tehnoloģiju tēmas...

difrakcijas režģis- difrakcinė gardelė statusas T joma Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Optinis periodinės sandaros įtaisas difrakciniams spektrams gauti. atitikmenys: engl. difrakcijas režģis vok. Beugungsgitter, n; Diffraktionsgitter, n rus.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

Optiska ierīce, liela skaita paralēlu spraugu kopums necaurspīdīgā ekrānā vai atstarojošo spoguļu gājienu (sloksņu) kopums, kas atrodas vienādā attālumā viens no otra un uz kuriem notiek gaismas difrakcija. D.R. sadala uz to krītošo gaismu...... Astronomijas vārdnīca

difrakcijas režģis (optisko sakaru līnijās)- difrakcijas režģis Optisks elements ar periodisku struktūru, kas atstaro (vai pārraida) gaismu vienā vai vairākos dažādos leņķos atkarībā no viļņa garuma. Bāzi veido periodiski atkārtotas indikatora izmaiņas... ... Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata

ieliekts spektrālās difrakcijas režģis- Spektrālās difrakcijas režģis, kas izgatavots uz ieliektas optiskās virsmas. Piezīme Ieliektie spektrālās difrakcijas režģi ir pieejami sfēriskā un asfēriskā veidā. [GOST 27176 86] Tēmas: optika, optiskie instrumenti un mērījumi... Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata

hologrammas spektrālās difrakcijas režģis- Spektrālās difrakcijas režģis, kas izgatavots, ierakstot divu vai vairāku koherentu staru kūļu traucējumu rakstu uz starojumu jutīga materiāla. [GOST 27176 86] Tēmas: optika, optiskie instrumenti un mērījumi... Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata

vītņots spektrālās difrakcijas režģis- Spektrālās difrakcijas režģis, kas izgatavots, uzklājot svītras uz dalīšanas iekārtas. [GOST 27176 86] Tēmas: optika, optiskie instrumenti un mērījumi... Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata

atstarojošais spektrālās difrakcijas režģis- Spektrālās difrakcijas režģis, kas veic izkliedējošā elementa funkcijas no tā atstarotajā optiskajā starojumā. [GOST 27176 86] Tēmas: optika, optiskie instrumenti un mērījumi... Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata

Grāmatas

Galdu komplekts. Ģeometriskā un viļņu optika (18 tabulas), Mācību albums ar 12 lapām. Pants - 5-8670-018. Huigensa princips. Viļņu atspulgs. Objekta attēls plakanā spogulī. Gaismas refrakcija. Pilnīga iekšējā atspulga. Variance… Kategorija:

Pamatjēdzieni un īpašības spektrālā ierīce.
Apgaismojuma sadalījums spraugas attēlā

Difrakcijas režģis Spektra instrumenti izmanto difrakcijas režģus, lai telpiski sadalītu gaismu spektrā. Difrakcijas režģis ir optisks elements, kas sastāv no liela skaita regulāri izvietotu līniju, kas uzklātas uz plakanas vai ieliektas virsmas. Režģi var būt caurspīdīgi vai atstarojoši. Turklāt izšķir amplitūdas un fāzes difrakcijas režģi. Pirmajam periodiski mainās atstarošanas koeficients, kas izraisa krītošā viļņa amplitūdas izmaiņas. Fāzes difrakcijas režģos rievām tiek piešķirta īpaša forma, kas periodiski maina gaismas viļņa fāzi. Visplašāk tiek izmantota plakana atstarojoša fāzes difrakcijas režģis ar trīsstūrveida rievu profilu - ešelete. Režģa vienādojums Gaismas viļņa priekšpuse, kas krīt uz difrakcijas režģa, ar tās rievām tiek sadalīta atsevišķos koherentos staros. Koherentie stari, kas ir pakļauti difrakcijai ar svītrām, traucē, veidojot iegūto gaismas intensitātes telpisko sadalījumu. Intensitātes sadalījums ir proporcionāls divu funkciju reizinājumam: traucējumiemEs N un difrakcijaEs D . FunkcijaEs N izraisa N koherentu staru traucējumi, kas nāk no režģa līnijām. FunkcijaEs D nosaka difrakcija uz atsevišķas līnijas. Ceļa atšķirība starp koherentiem paralēliem stariem, kas nāk leņķī β no blakus gājieniem, būs Δs=AB+AC vai (1) un atbilstošā fāzu starpība (2). FunkcijaEs N ~ - periodiska funkcija ar dažādiem intensīviem galvenajiem maksimumiem. Galveno maksimumu novietojums tiek noteikts pēc stāvokļa , kur (3), kur k- spektra secība. No (1) un (2) izriet: . Izmantojot (3), mēs iegūstam , aizstājot (1): (4). Šo attiecību sauc par režģa vienādojumu. Tas parāda, ka galvenie maksimumi veidojas virzienos, kad ceļa starpība starp blakus esošajiem stariem ir vienāda ar kopējo viļņu garumu skaitu. Starp blakus esošajiem galvenajiem maksimumiem ir N-2 sekundārie maksimumi, kuru intensitāte proporcionāli samazinās 1/N, Un N-1 minimums, kur intensitāte ir nulle. Režģa vienādojums pielietošanai monohromatoriem tiek izmantots ērtākā formā. Tā kā atšķirība starp leņķiem α Un β ir nemainīga, kad režģis griežas, un šī atšķirība ir zināma θ , to nosaka monohromatora konstrukcija, tad tas ir atkarīgs no diviem mainīgajiemα Un β pāriet uz vienu φ – režģa griešanās leņķis no nulles kārtas. Norādījis Un , pēc sinusu summas pārveidošanas mēs iegūstam režģa vienādojumu citā ērtākā formā: (5), kurφ – režģa griešanās leņķis attiecībā pret nulles kārtas stāvokli; θ/2– pusleņķis pie režģa starp krītošo un izkliedēto staru. Bieži vien režģa vienādojums tiek izmantots šādā formā: (6). Ja izkliedētais starojums, kas nāk no režģa, tiek novirzīts lēcā, tad tās fokusa plaknē pie katras skaitļa vērtības veidojas spektri. k≠0. Plkst k=0(spektra nulles kārta) spektrs neveidojas, jo attiecas uz visiem viļņu garumiem. Turklāt, β= -α i., virzienu uz nulles kārtas maksimumu nosaka spoguļatstarošanās no režģa plaknes.		1. att. Difrakcijas režģa darbības principa skaidrojums.
Atspīduma viļņa garums Difrakcijas režģu atstarošanās spēja ir atkarīga no līniju slīpuma leņķa - mainot līnijas malas slīpuma leņķi, var izlīdzināt funkcijas difrakcijas maksimuma centru Es D ar traucējumiem galvenā maksimālā funkcija Es N jebkurš pasūtījums. Virzienu uz difrakcijas maksimuma centru nosaka krītošā stara spožainais atstarojums nevis no režģa plaknes, bet gan no līnijas malas. Tādējādi nosacījums šādai kombinācijai: leņķi α Un β maks vienlaikus jāatbilst šādām attiecībām: (7). Šādos apstākļos noteiktā pasūtījuma spektram būs vislielākā intensitāte. Stūris β maks sauc par "šļakatu" leņķi, un viļņa garumu sauc par "šļakatu" viļņa garumu λ Blaze. Ja ir zināms izpētes spektrālais apgabals, tad λ Blaze var noteikt pēc attiecības: (8), kur kur λ 1 Un λ 2– spektra diapazona robežviļņu garumi. Attiecības (8) palīdz izvēlēties pareizo režģi. 1. piemērs. Pētījuma diapazons ir 400…1200 nm, t.i. λ 1= 400 nm, λ 2= 1200 nm. Tad no formulas (8): λ Blaze= 600 nm. Izvēlieties režģi ar spīdumu 600 nm. 2. piemērs. Pētītais diapazons ir 600…1100 nm. Aprēķins, izmantojot formulu (8), iegūst ar noapaļošanu 776 nm. Piedāvātajā sarakstā nav neviena režģa ar šādu spīdumu. Tiek izvēlēts režģis, kura spīdums ir vistuvāk atrastajam, t.i. 750 nm.
Energoefektivitātes joma difrakcijas režģi Reģionu, kurā režģa atstarošanas koeficients ir vismaz 0,405, sauc par energoefektivitātes reģionu: (9). Vērtība ir atkarīga no spektra secības: tā ir maksimāla pirmajā kārtā un strauji samazinās augstākās kārtas spektros. Pirmajam pasūtījumam: . Viļņu garumi, kas ierobežo šo reģionu: Un .
Izkliedes zona Izkliedes apgabals ir spektrālais intervāls, kurā noteiktas kārtas spektrs nepārklājas ar blakus esošo kārtu spektriem. Līdz ar to pastāv nepārprotama saistība starp difrakcijas leņķi un viļņa garumu. Izkliedes laukumu nosaka pēc nosacījuma: . (10). Pirmajam pasūtījumam , A , t.i. dispersijas apgabals aptver vienas oktāvas intervālu. Lai apvienotu dispersijas apgabalu ar difrakcijas režģa energoefektivitātes apgabalu, ir nepieciešams izpildīt šādu nosacījumu: (vienpadsmit). Šajā gadījumā dispersijas apgabalā režģa atstarošanās spēja k=1 būs vismaz 0,68. Piemērs. Ja , Tad , A . Tādējādi noteiktam režģim diapazonā no 450 nm līdz 900 nm dispersijas apgabals tiek apvienots ar energoefektivitātes reģionu.
Izkliede Siju ar dažādu viļņu garumu telpiskās atdalīšanas pakāpi raksturo leņķiskā dispersija. Leņķiskās dispersijas izteiksmi iegūstam, diferencējot režģa vienādojumu: (12). No šīs izteiksmes izriet, ka leņķisko izkliedi nosaka tikai leņķi α Un β , bet ne pēc sitienu skaita. Lietojot spektrālajiem instrumentiem, tiek izmantota apgrieztā lineārā dispersija, kas tiek definēta kā leņķiskās dispersijas un fokusa attāluma reizinājuma apgrieztā vērtība: .
Izšķirtspēja Teorētiskā izšķirtspēja: , kur ir izšķirtspēja. Difrakcijas režģa, tāpat kā jebkuras spektrālās ierīces, izšķirtspēju nosaka instrumentālās funkcijas spektrālais platums. Režģim aparāta funkcijas platums ir traucējumu funkcijas galveno maksimumu platums: . Pēc tam: (14). Difrakcijas režģa spektrālā izšķirtspēja ir vienāda ar difrakcijas kārtas reizinājumu k par visu sitienu skaitu N. Izmantojot režģa vienādojumu: (15), kur produkts - ēnotās režģa daļas garums. No izteiksmes (15) ir skaidrs, ka dotajos leņķos α Un β lielums R var palielināt, tikai palielinot difrakcijas režģa izmēru. Izšķiršanas izteiksmi var parādīt citā formā no (12) un (15): (16), kur - izkliedētā stara platums, - leņķiskā dispersija. Izteiksme (16) parāda, ka izšķirtspēja ir tieši proporcionāla leņķiskās dispersijas lielumam.
Režģa spektrālais laukums atkarībā no no sitienu skaita Katrai difrakcijas režģim ar punktu d ir maksimālais viļņa garuma ierobežojums . To nosaka no režģa vienādojuma pie k=1 Un α=β=90° un ir vienāds ar . Tāpēc, strādājot dažādos spektra reģionos, tiek izmantoti režģi ar dažādu līniju skaitu: - UV apgabalam: 3600-1200 līnijas/mm; - redzamajam laukumam: 1200-600 līnijas/mm; - IS apgabalam: mazāks par 300 līnijām/mm.
Ieliekts difrakcijas režģis Ieliektajam difrakcijas režģim ir ne tikai izkliedējošās, bet arī fokusēšanas sistēmas loma. Spektroskopisko raksturlielumu izteiksmes - leņķiskā dispersija, izšķirtspēja un dispersijas laukums - ir tādas pašas kā plakanam režģim. Ieliektiem režģiem, atšķirībā no plakanajiem režģiem, ir astigmatisms. Astigmatisms tiek novērsts, veicot sitienus uz asfēriskas virsmas vai attālumiem starp sitieniem mainoties atbilstoši noteiktam likumam.
Hologrāfiskā difrakcijas režģis Difrakcijas režģa kvalitāti nosaka izkliedētās gaismas intensitāte, ko izraisa nelielu defektu klātbūtne atsevišķu sitienu malās, un "spoku" intensitāte - viltus līnijas, kas rodas, ja tiek sasniegts vienāds attālums sitienu izkārtojumā. pārkāpts. Hologrāfisko režģu priekšrocība, salīdzinot ar rievotiem, ir “spoku” neesamība un zemāka izkliedētās gaismas intensitāte. Taču hologrāfiskās fāzes atstarojošajam režģim ir sinusoidālas līnijas forma, t.i., tas nav ešelets, un tāpēc tam ir zemāka energoefektivitāte (2. att.). Hologrāfisko režģu ar trīsstūrveida rievu profilu, tā saukto “asmeņu” režģu izgatavošana noved pie mikrostruktūru parādīšanās stieņu malās, kas palielina izkliedētās gaismas intensitāti. Turklāt netiek sasniegts pareizs trīsstūrveida profils, kas samazina šādu režģu energoefektivitāti.

Apgaismojuma sadalījums spraugas attēlā

Apgaismojuma sadalījums spraugas attēlā ir atkarīgs no optiskās sistēmas aberāciju rakstura, kā arī no spraugas izgaismošanas metodes.

Aberācijas
Ideāla optiskā sistēma rada precīzu punkta attēlu. Paraksiālajā reģionā optiskā sistēma ir tuvu ideālam. Bet ar ierobežotu staru kūļa platumu un avota attālumu no optiskās ass tiek pārkāpti paraksiālās optikas noteikumi un attēls tiek izkropļots. Projektējot optisko sistēmu, aberācijas ir jālabo.

Sfēriskā aberācija
Apgaismojuma sadalījums izkliedes vietā ar sfērisku aberāciju ir tāds, ka centrā tiek iegūts krass maksimums ar strauju apgaismojuma samazināšanos plankuma malā. Šī aberācija ir vienīgā, kas saglabājas pat tad, ja objekta punkts atrodas uz sistēmas galvenās optiskās ass. Sfēriskā aberācija ir īpaši liela sistēmās ar augstu diafragmas atvērumu (ar lielu relatīvo apertūru).

Koma
Punkta attēlam komas klātbūtnē ir asimetrisks plankums, kura apgaismojums ir maksimālais izkliedētās figūras augšpusē.

Astigmatisms
To izraisa nevienmērīgs optiskās virsmas izliekums dažādās sekciju plaknēs un izpaužas ar to, ka viļņu fronte, ejot cauri optiskajai sistēmai, tiek deformēta, un gaismas stara fokuss dažādos griezumos parādās dažādos punktos. Izkliedētā figūra ir elipsi saime ar vienmērīgu apgaismojuma sadalījumu. Ir divas plaknes – meridionālā un sagitālā, tai perpendikulāras, kurās elipses pārvēršas taisnos segmentos. Izliekuma centrus abās sekcijās sauc par perēkļiem, un attālums starp tiem ir astigmatisma mērs.

Lauka izliekums
Fokālās plaknes labākās fokusēšanas virsmas novirze ir aberācija, ko sauc par lauka izliekumu.

Izkropļojumi
Izkropļojumi ir attēla kropļojumi, ko izraisa dažādu attēla daļu nevienmērīgs lineārais palielinājums. Šī novirze ir atkarīga no attāluma no punkta līdz optiskajai asij un izpaužas kā līdzības likuma pārkāpums.

Hromatiskā aberācija
Gaismas dispersijas dēļ parādās divu veidu hromatiskās aberācijas: fokusa pozīcijas hromatisms un palielinājuma hromatisms. Pirmo raksturo attēla plaknes nobīde dažādiem viļņu garumiem, otro - šķērsvirziena palielinājuma izmaiņas. Hromatiskā aberācija rodas optiskajās sistēmās, kas ietver elementus, kas izgatavoti no refrakcijas materiāliem. Hromatiskās aberācijas nav raksturīgas spoguļiem. Šis apstāklis padara spoguļu izmantošanu monohromatoros un citās optiskās sistēmās īpaši vērtīgu.

Ieejas spraugas apgaismojums

Saskaņots un nesakarīgs apgaismojums
Ierīces ieejas spraugas apgaismojuma raksturam ir būtiska nozīme intensitātes sadalījumā pa spektrālās līnijas platumu, t.i. apgaismojuma saskaņotības pakāpe. Praksē ieejas spraugas apgaismojums nav ne stingri saskaņots, ne nesakarīgs. Tomēr ir iespējams pietuvoties vienam no šiem diviem galējiem gadījumiem. Saskaņotu apgaismojumu var panākt, izgaismojot spraugu ar punktveida avotu, kas atrodas spraugas priekšā novietota liela diametra kondensatora fokusā.

Vēl viena metode ir apgaismojums bez lēcām, kad mazs avots tiek novietots lielā attālumā no spraugas. Nekonsekventu apgaismojumu var iegūt, izmantojot kondensatora lēcu, lai fokusētu gaismas avotu uz ierīces ieejas spraugu. Citas apgaismojuma metodes ieņem starpstāvokli. To atšķiršanas nozīme ir saistīta ar to, ka, apgaismojot ar koherentu gaismu, var rasties traucējumu parādības, kuras netiek novērotas, apgaismojot ar nesakarīgu gaismu.

Ja galvenā prasība ir sasniegt maksimālo izšķirtspēju, tad difrakcijas režģa apertūra ir piepildīta ar koherentu gaismu plaknē, kas ir perpendikulāra spraugai. Ja nepieciešams nodrošināt maksimālu spektra spilgtumu, tad tiek izmantota nesakarīgā apgaismojuma metode, kurā apertūra tiek aizpildīta arī plaknē, kas ir paralēla spraugai.

Diafragmas piepildīšana ar gaismu. F/#-Saskaņotājs .
Viens no galvenajiem parametriem, kas raksturo spektrālo ierīci, ir tās apertūras attiecība. Apertūru nosaka pēc gaismas stara maksimālā leņķa izmēra, kas nonāk ierīcē, un to mēra pēc diametra attiecības (dk) līdz fokusa attālumam (fk) kolimatora spogulis. Praksē bieži tiek izmantots apgrieztais, saukts F/# Vēlams izmantot citu raksturlielumu - skaitlisko apertūru. Skaitliskā diafragma (N.A.) saistīts ar F/# attiecība: .

Paplašināta nesakarīga gaismas avota optimāla attēlveidošana uz ierīces ievades spraugas tiek panākta, ja krītošā gaismas stara telpiskais leņķis ir vienāds ar ierīces ievades leņķi.

A– ieejas spraugas zona; θ - ieejas telpiskais leņķis.

Ja sprauga un kolimators ir piepildīti ar gaismu, tad neviena papildu lēcu un spoguļu sistēma nepalīdzēs palielināt kopējo starojuma plūsmu, kas iet caur sistēmu.

Konkrētai spektrālajai ierīcei maksimālais ieejas telpiskais leņķis ir nemainīga vērtība, ko nosaka kolimatora izmērs un fokusa attālums: .

Lai saskaņotu gaismas avota un spektrālās ierīces leņķiskās apertūras, tiek izmantota īpaša ierīce ar nosaukumu F/# Matcher. F/# Matcher tiek izmantots kopā ar spektrālo ierīci, nodrošinot tās maksimālo apertūru gan ar gaismas vadu, gan bez tā.

4. att. F/# atbilstības shēma

F/# Matcher priekšrocības ir:

Izmantojot spektrālās ierīces pilno ģeometrisko apertūru
Izkliedētās gaismas samazināšana
Uztur labu spektrālā un telpiskā attēla kvalitāti
Iespēja izmantot nevienāda biezuma filtrus bez fokusēšanas traucējumiem

DEFINĪCIJA

Difrakcijas režģis sauc par spektrālo ierīci, kas ir vairāku spraugu sistēma, kas atdalīta ar necaurspīdīgām telpām.

Ļoti bieži praksē tiek izmantots viendimensijas difrakcijas režģis, kas sastāv no vienāda platuma paralēliem spraugām, kas atrodas vienā plaknē, kuras atdala necaurredzami vienāda platuma intervāli. Šāds režģis tiek izgatavots, izmantojot īpašu dalīšanas mašīnu, kas veic paralēlus gājienus uz stikla plāksni. Šādu sitienu skaits var būt vairāk nekā tūkstotis uz milimetru.

Par labākajiem tiek uzskatīti atstarojošie difrakcijas režģi. Šī ir apgabalu kolekcija, kas atspoguļo gaismu ar apgabaliem, kas atstaro gaismu. Šādi režģi ir pulēta metāla plāksne, uz kuras ar griezēju tiek uzlikti gaismu izkliedējoši gājieni.

Difrakcijas modelis uz režģa ir viļņu savstarpējas iejaukšanās rezultāts, kas nāk no visām spraugām. Līdz ar to ar difrakcijas režģa palīdzību tiek realizēta daudzstaru interference koherentiem gaismas stariem, kas ir piedzīvojuši difrakciju un nāk no visiem spraugām.

Pieņemsim, ka spraugas platums uz difrakcijas režģa ir a, necaurspīdīgās sekcijas platums ir b, tad vērtība ir:

sauc par (konstantās) difrakcijas režģa periodu.

Difrakcijas raksts uz viendimensijas difrakcijas režģa

Iedomāsimies, ka monohromatisks vilnis parasti krīt uz difrakcijas režģa plakni. Sakarā ar to, ka spraugas atrodas vienādos attālumos viena no otras, staru () ceļu atšķirības, kas nāk no blakus esošo spraugu pāra izvēlētajā virzienā, būs vienādas visā dotajā difrakcijas režģī:

Galvenie intensitātes minimumi tiek ievēroti virzienos, ko nosaka nosacījums:

Papildus galvenajiem minimumiem spraugu pāra raidīto gaismas staru savstarpējās iejaukšanās rezultātā dažos virzienos tie viens otru atceļ, kas nozīmē, ka parādās papildu minimumi. Tie rodas virzienos, kur staru ceļa atšķirība ir nepāra pusviļņu skaits. Papildu minimuma nosacījums ir rakstīts šādi:

kur N ir difrakcijas režģa spraugu skaits; k’ pieņem jebkuras veselas vērtības, izņemot 0, . Ja režģī ir N spraugas, tad starp diviem galvenajiem maksimumiem ir papildu minimums, kas atdala sekundāros maksimumus.

Difrakcijas režģa galveno maksimumu nosacījums ir izteiksme:

Tā kā sinusa vērtība nevar būt lielāka par vienu, galveno maksimumu skaits ir:

Ja caur režģi tiek izlaista balta gaisma, tad visi maksimumi (izņemot centrālo m = 0) tiks sadalīti spektrā. Šajā gadījumā šī spektra violetais apgabals būs vērsts pret difrakcijas modeļa centru. Šo difrakcijas režģa īpašību izmanto, lai pētītu gaismas spektra sastāvu. Ja ir zināms režģa periods, tad gaismas viļņa garuma aprēķināšanu var samazināt līdz leņķa atrašanai, kas maksimāli atbilst virzienam.

Problēmu risināšanas piemēri

1. PIEMĒRS

Vingrinājums

Kāda ir maksimālā spektrālā secība, ko var iegūt, izmantojot difrakcijas režģi ar konstanti m, ja uz to perpendikulāri virsmai krīt monohromatisks gaismas stars ar viļņa garumu m?

Risinājums

Kā pamatu problēmas risināšanai mēs izmantojam formulu, kas ir nosacījums, lai ievērotu galvenos maksimumus difrakcijas modelim, kas iegūts, gaismai ejot cauri difrakcijas režģim:

Maksimālā vērtība ir viens, tāpēc:

No (1.2) mēs izsakām , mēs iegūstam:

Veiksim aprēķinus:

Atbilde

2. PIEMĒRS