Дифракционная решетка, виды и как работает: что это, формула

Длина световой волны определяет положение максимумов и минимумов дифракционной картины. В случае с цветными картинами максимумы различных цветов расположены в разных местах. Самые интересные явления при наблюдении дифракции получаются при использовании оптических приборов с прорезями. Рассмотрим, что такое дифракционная решетка, что она позволяет определить. Ознакомимся с их видами и формулами, описывающими эти оптические приборы.

Как работает дифракционная решетка, сферы её применения

Первый задокументированный случай наблюдения дифракции производился шотландским математиком Дж. Грегори во второй половине XVII века. Первая дифракционная решетка изготовлена спустя век – в 1786 г. Д. Риттенхаусом.  

Дифракционная решетка – это простейший оптический прибор,  пластина с продольными узкими непрозрачными для света и прозрачными полосами – выступами, щелями. Они параллельны друг другу. Быстро такой прибор делают, нацарапав твёрдой сталью или алмазом параллельные полосы на куске стекла или отполированной стали – металлического зеркала.

При перпендикулярном к поверхности облучении прибора ярким светом электромагнитная волна попадает в щели, расположенные в фокальных плоскостях собирающей линзы L1. Преодолевающие щели решётки PR электромагнитные волны видимого диапазона подвергаются дифракции. Вследствие отклоняются от исходного курса. Вторая линза образует на экране картину щели.

В результате дифракции излучение от решётки PR попадает на вторую линзу под разными углами. Как итог, изображения щелей на картинке появляются в разных местах. При этом наблюдается взаимная интерференция отклонённых лучей, и часть изображений отсутствует – наблюдаются минимумы, в других частях мы видим интерференционные максимумы – насыщенные чёткие полосы.

Для выбранной длины волны наблюдается несколько максимумов. Первоначальный, самый выраженный, максимум первого порядка находится на направлении n=0 (S₀), под и над ним симметрично n=0 расположены максимумы первого порядка n=1 и n=-1, они слабее первоначального. Для оптических лучей с любой длиной волны первоначальные максимумы совпадают, первого, второго и следующих порядков расположены в разных местах.

Виды дифракционных решеток

Различают две разновидности рассматриваемых оптических приборов. Это:

• Прозрачные дифракционные решетки – непрозрачные штрихи наносят на прозрачный для оптического излучения материал или вырезают в нём. Наблюдается проходящий сквозь поверхность свет.
• Отражательные – полосы наносятся на металлическую поверхность, наблюдатель работает с отражённым электромагнитным излучением.

Сумма ширин прозрачной (которая отражает) полосы для отражающей и непрозрачной (рассеивает) называют периодом дифракционной решетки (d). В наиболее качественных образцах нанесено до 1800 (иногда и более) штрихов. Основная формула дифракционной решетки позволяет вычислить её период: в = 1*N, где – N количество штрихов.