Використання хвильових властивостей світла. Дифракційна решітка

Хвильова природа світла вже доведена давно. Для вирішення практичних завдань найчастіше користуються принципами геометричної оптики, а й хвильові властивості світла вельми широко використовуються в самих різних галузях сучасної науки і техніки. Прикладом тому є дифракція. Здатність хвилі огинати перешкоди, які зустрічаються їй на шляху, властива і світлу. Це явище проявляється, коли хвилі потрапляють в область так званої геометричної тіні. Пояснення явищу дифракції дає принцип Гюйгенса. Згідно з цим поясненню кожна точка, встає на шляху хвилі, стає центром для вторинних хвиль. У обвідної цих хвиль задається положення хвильового фронту для кожного наступного моменту часу.

У прикладі з плоскою хвилею, нормально падаючої на отвір, зроблений в непрозорому екрані, з теорії Гюйгенса, кожній точці, яка виділяється отвором ділянки хвильового фронту, притаманна здатність ставати джерелом вторинних хвиль (в однорідному ізотропному середовищі вони сферичні).

Досить побудувати огибающую вторинних хвиль на певний момент часу, щоб легко простежити явище огинання хвилею краю отвору. Це пояснюється тим, що фронт хвилі входить в область так званої геометричної тіні.

Використання властивості дифракції знайшло широке застосування в приладі, що отримав назву дифракційні грати. У своїх початкових дослідах з дифракцией світла Джеймс Грегорі використовував звичайне пташине перо. Згодом його замінив специфічний оптичний прилад. Дифракційна решітка являє собою нанесену на певну поверхню сукупність значного числа штрихів, розташованих регулярно. Ними можуть бути як щілини, так і виступи, залежно від виду, до якого відноситься конкретна дифракційні грати.

Розрізняють два види решіток - відбивні і прозорі. До перших відносяться прилади, які використовують відбивну поверхню з нанесеними штрихами. Другі використовують прозорі поверхні, тут можуть застосовуватися як штрихи, так і щілини.

Принцип дії дифракційної решітки пояснюється безпосередньо хвильовими властивостями світла. Для розбивання фронту світлової хвилі використовуються штрихи решітки. В результаті утворюються окремі пучки так званого когерентного світла. Зазнавши дифракцию на штрихах, вони інтерферують один з одним. Враховуючи те, що хвилі різної довжини створюють максимуми інтерференції під зовсім різними кутами (визначаються різницею ходу для інтерферуючих променів), отримують на виході розкладений в спектр білий світ.

Дифракційна решітка як прилад знаходить застосування в самих різних сферах людської життєдіяльності. Її використовують і в спектральних приладах, і як оптичні датчики кутових (лінійних) переміщень, і як поляризатори або як фільтри інфрачервоного випромінювання. Також це можуть бути подільники пучків для интерферометров або скла «антивідблисків» очок.

Мається дифракційні грати і для рентгенівських променів. Створити її технічно виявилося нездійсненним завданням. Для вирішення цієї проблеми вчені пішли оригінальним шляхом. Для розкладання рентгенівських променів застосовуються кристалічні решітки деяких кристалів.

Як основна характеристика розглядається роздільна здатність дифракційної решітки. Вона являє собою повне число ліній в решітці, яке помножене на порядок максимуму променя. Цей вираз ще можна представити як твердження, що для різниці частот характерно рівність з зворотною величиною різниці часових відрізків проходження самих крайніх променів, іменованих интерферирующими.

У побуті наочним прикладом дифракційної решітки може послужити компакт- диск або грамофонна пластинка. Але для виготовлення промислових приладів використовується високотехнологічне обладнання, що володіє високою точністю.