ДИФРАКЦИОННАЯ ОПТИКА


Дифракционная оптика - Дифракционная решётка - Зонные пластинки Френеля - Голограмма Габора - Заказать - Контакты


Интерференция и дифракция - основные явления, которые демонстрируют волновую природу света. Имеется множество оптических приборов, где эти явления могут наблюдаться. Дифракционная решётка - один из из таких приборов, который позволяет разложить свет по спектральным составляющим. Дифракционная решётка состоит из тысяч узких и близко расположенных щелей. Использование набора дифракционных решёток DG10 и лазерной указки позволяет легко продемонстрировать и изучить явления интерференции и дифракции дома, в школе или университете. На этих нескольких страничках мы рассматриваем в общих чертах теорию дифракции Фраунгофера на одной щели, паре щелей и на дифракционной решётке, а также реальные эксперименты с набором дифракционных решёток DG10 и лазерной указкой.

Дифракционная решётка DG10 Дифракция Фраунгофера Лазерная указка  

Первый эксперимент с дифракционной решёткой DG10 состоит в изучении расщеплении монохроматического луча лазера на несколько лучей, распространяющихся под углами и с интенсивностями, которые определяются параметрами решётки. Изучив дифракционную картину на экране за решёткой, можно определить такие параметры решётки как её период и скважность штрихов. И, наоборот,  зная параметры решётки, можно определить длину волны излучения.

Набор DG10 содержит также узкие щели и пары таких щелей. Измерив ширину главного интерференционного пятна при дифракции на одной щели можно определить её ширину. На фотографии выше изображена дифракция  луча зелёного лазера на узкой щели. Такой метод применяется для точного измерения мелких предметов.  Можно померить, например, толщину волоса, определить средний размер песчинки, пыли и т.д.

 

В следующем эксперименте  будем изучать немонохроматический свет. В этом случае угол дифракции будет зависеть от длины волны света и следовательно вместо интерференционных максимумов возникнут спектры излучения в разных порядках. Разместим дифракционную решётку DG-2/1-4000 диаметром в несколько сантиметров перед объективом фотоаппарата и будем фотографировать пламя свечи. Мы видим, что картинка мультиплексируется. Если центральное изображении свечи совпадает с тем, которое мы видим без решётки, то изображения в высших порядках оказываются разложенными по спектральным составляющим подобно радуге. Это свойство дифракционной решётки может быть использовано для изучения спектра различных оптических излучений.

Поместим перед лампой дневного света узкую щель и будем рассматривать её через дифракционную решётку DG-2/1-4000. Мы видим одну белую линию и множество цветных линий, которые соответствуют спектральным составляющим излучения лампы. Спектры повторяются в высших порядках, но не перекрываются. Чем выше порядок спектра, тем большее разрешение дифракционной решётки мы можем достигнуть. В нашем случае мы легко различаем две зелёные линии, отличающиеся по длине волны примерно на 4 нм, а также видим серию красных линий в спектре. Разрешение в данном эксперименте ограничивалось размером решётки, попадающих в апертуру объектива, и составляло около 600 в первом порядке спектра.

                                    

Неожиданным образом обычный компакт-диск можно использовать как дифракционную решётку. На фотографии слева изображена свеча и отражении её пламени от поверхности компакт-диска. На фотографии справа - компакт-диски, на которых стоят свечки разной формы. Отражаясь от компакт-диска как от дифракционной решётки, свет свечек раскладывается на спектральные составляющие.

                                

В максимуме дифракционной решётки волны от соседних штрихов складываются синфазно.  Тоже самое можно наблюдать, если сделать прозрачными концентрические кольца, фазы волн от которых в некоторой точке на их общей оси складываются синфазно, и закрыть те кольцевые зоны, колебания от которых находятся в противофазе (см. рисунок слева). В этом случае в точке наблюдения интенсивность света усилится пропорциональное количеству открытых кольцевых зон. Такая структура называется зонной пластинкой Френеля. Она действует подобно линзе, собирая свет в фокусе. Однако в отличие от линзы зонная пластинка имеет несколько фокусов. Этого недостатка лишена синусоидальная фазовая решётка, так называемая голограмма Габора. При её построении используется запись интерференционной картины от точечного источника и плоской волны. Освещая такую пластинку затем плоской монохроматической волной, в соответствии с принципами голографии свет соберётся точно в том же месте, где находился источник при записи голограммы, т.е. в фокусе пластинки. Симметрично пластинке находится мнимое изображение точки. Свойства фазовых пластинок фокусировать свет используются там, где обычная линза не может быть применена - в УФ и ИК диапазонах длин волн, а также в рентгенографии. Зонные пластинки можно также использовать в обычной фотографии вместо объектива. При этом получаются мягкие, слегка размытые изображения. Ниже приведена фотография, сделанная при помощи зонной пластинки с одной открытой зоной Френеля.

Мы предлагаем набор фазовых пластинок Френеля FZP-01, которые позволяют изучить описываемое явление экспериментально. Открывая зону  Френеля за зоной, можно наблюдать изменение интенсивности света в фокусе пластинки, изучать пластинки с разными фокусными расстояниями, а также интенсивность света в разных фокусах одной и той же пластинки. Также мы предлагаем синусоидальную фазовую пластинку - голограмму Габора HH-01 в наборе и по отдельности.


Назад к "Физика в анимациях"

Партнёры: купить постельное белье спб махровое спб оформление зала на свадьбу цены стихи купить махровые халаты оптом большие мусорные пакеты пнд

Rambler's Top100