Дифракційна решітка. Дифракційні спектри

Розглянуті приклади показують, що дифракційна картина істотно залежить від довжини хвилі світла, яке огинає перешкоду. Тому, якщо світло немонохроматичне (наприклад, біле), дифракційні максимуми інтенсивності для різних довжин хвиль просторово розійдуться, утворюючи дифракційні спектри. Вони мають ту істотну перевагу перед спектрами, які виникають внаслідок дисперсії променів у призмі, що взаємне розташування кольорів у них не залежить від властивостей матеріалів, з яких виготовлені екрани і щілини, а визначається однозначно довжинами хвиль випромінювання і геометрією приладу, отже може бути розраховано з простих геометричних міркувань.

Утворення і аналіз спектрів відіграють велику роль у теоретичній і прикладній оптиці. Вивчення спектрів випромінювання і поглинання речовини дозволяє визначити енергетичні рівні та найтонші деталі будови атомів. Аналіз спектрів атомів і молекул різних хімічних сполук, які можна отримати при спектральному аналізі, дозволяє встановити склад досліджуваних тіл, навіть таких, які знаходяться від нас на досить великій відстані (небесні тіла).

Одним з найбільш розповсюджених приладів для отримання спектрів за допомогою дифракції є дифракційна решітка. Дифракційні решітки бувають прозорі та відбивні. Прозора решітка – це система, яка складається з великого числа однакових за шириною і паралельних одна одній щілин, що лежать в одній площині і відокремлені непрозорими проміжками, однаковими за шириною. У відбивних решітках роль щілин відіграють дзеркальні смужки.

При освітленні решітки монохроматичним світлом дифракційна картина на екрані Е буде значно складніша, ніж у випадку однієї щілини, бо світло від різних щілин також інтерферує. Розглянемо дифракцію плоскої монохроматичної хвилі, яка падає на поверхню решітки. Коливання в усіх точках щілин відбуваються в одній фазі, оскільки ці точки лежать на тій самій хвильовій поверхні. Визначимо результуючу амплітуду А коливань у точці F_φ екрану Е, в якій збираються промені від усіх щілин решітки, що падають на лінзу Л під кутом φ до її оптичної осі 0F₀. При паралельності всіх щілин дифракційної решітки і їх однакових розмірах амплітуди коливань, створених у точці F_φ кожною щілиною окремо, будуть однаковими. Практично однаковим буде і розподіл уздовж екрану інтенсивностей і амплітуд коливань, які приходять від кожної щілини.