Оқу білім кешені оптика пәні бойынша
жүктеу/скачать 1,93 Mb.
|
e8882c031a67573584e3f4e6456c4514f9028060
Дифракциялық торларЖарықтың параллель шоғы тар саңылаудан өткенде байқалатын дифракциялық жолақтар едәуір жалпақ болады. Егер жарық бip саңылаудан емес, қатарласқан бipнеше саңылаудан өткізілсе, онда байқалатын дифракциялық жолақтар енсіз және жарығырақ болады. Енділігі бірдей, өзара параллель орналасқан саңылаулар жиыны әдетте дифракциялық решетка деп аталады. Егер шыны пластинканың бетіне бөлгіш машинамен қашықтықтарын бірдей етіп, өзара параллель бірнеше сызықтар жүргізілсе, сонда пластинканың сызылған орындары күңгірт, сызылмаған орындары мөлдір болады. Оған түсірілген жарық көршілес екі күңгірт сызықшалар (штрихтар) аралығындағы мөлдір жерлерден (саңылаулардан) жақсы өтеді. Күңгірт сызықтардан өте аз өтеді, өйткені жарық одан барлық жаққа шашырап кетеді, оларды мөлдір емес деуге де болады. Жазық-параллель шыны пластинкадан осылай жасалған решеткалар жазық мөлдір решетка деп аталады. Осындай шыны решетканы алғаш (1822 ж.) неміс физигі Фраунгофер жасаған, оның решеткасында бір дюймнің бойына 8000 штрих сызылған болатын; осы кездегі шетелде жасалатын решеткалардың бір дюйміне келетін штрих саны 30000-ға дейін болады, басқаша айтқанда 1 мм-ге 1181,13 штрих келеді. Біздің елімізде жасалатын дифракциялық решеткаларда бір миллиметрге келетін штрихтар саны 1200-ге дейін болады. 10-сурет. Мөлдір дифракциялық решетка схемасы. 10-cypeттe жазық мөлдір решетка схема түрінде кескінделген. Мұнда тек решетканың төрт саңылауы көрсетілген, олардың енділіктері бірдей: мөлдір емес аралық енділіктері де бірдей: Осы мен қосындысы: a+b=d—решетка тұрақтысы деп аталады. Енді жазық решеткаға монохромат жарықтың параллель шоғы жоғарыдан төмен карай тік түскен болсын. Гюйгенстің принципі бойынша саңылаулардың әрбір нүктелері элементар тербелістердің дербес көздері болып табылады да олардан барлық жаққа когерент жарық толқындары таралады. Барлық саңылаулардан бастапқы бағытпен бір бұрышын жасаушы бағыт бойынша таралған жарықтың параллель шоқтары жолында тұрған жинағыш линзаның ұлы фокус жазықтығының бір нүктесіне жиналады. Ол нүктенің жарықталынуы сол дифракцияланған шоқтар қосылысқандағы интерференция нәтижесіне байланысты, бұл нәтиже қосылысқан жарық толқындарының фазаларының айырымына тәуелді, ал фазалар айырымының өзі көршілес саңылаулардан таралған жарық шоқтарының сәйкес екі сәулесінің жол айырмасына байланысты болады. Мысалы, решетканьщ көршілес екі саңылауынан, мысалы мен саңылауларынан өткен екі шоқтың сәйкес екі шеткі сәулелерінің жол айырмасы ( ) peшетканың тұрақтысы мен дифракциялану бұрышы синусының көбейтіндісіне тең: Егер осы жол айырмасы жарты толқындардың жұп санына тең болса, бағыты бойынша таралған көршілес жарық шоқтары қосылысқанда бір-бірін күшейтеді, дифракциялық жолақ жарық болады. Бұл жағдайда дифракцияланған монохромат жарықтың күшею шарты мынадай болады: (1) мұндағы Егер көршілес шоқтардың сәйкес екі сәулесінің жол айырмасы жарты толқындардың тақ санына тең болса, онда жарық шоқтары бір-бірін әлсіретеді, дифракциялық жолақ қара қоңыр болады. Сонда дифракцияланған монохромат жарықтың нашарлау шарты мынадай болады: (2) мұндағы Енді төрт саңылаудан өткен жарық шоқтарының дифракциялануын қарастырайық. Осы саңылаулардың өзара сәйкес А1,А2,А3,А4 нүктелерінен бұрышымен анықталатын бағыт бойынша таралатын сәулелер жол айырмалары жэәне кесінділеріне тең. 10-суретке қарағанда , ; сонда (20.1) формула бойынша: мұндағы -бүтің сандарға тең. Сөйтіп барлық саңылаулардан бағыты бойынша таралған параллель сәулелердің жолдарының айырымдары бүтін толқындар ұзындықтарына тең, сондықтан бұл бағытта таралған жарық толқындары бір-бірін күшейтеді. Байқалатын дифракциялық жолақтар жарық болады. Осындай k-ші жолактың максимумына сай бұрыштардың мәні мына өрнек бойынша анықталады, демек, бұрышы решетканың тұрақтысына ғана байланысты, оның саңылауларының санына байланысты емес. Сондықтан (1) формула бойынша анықталатын дифракциялық максимумдар ұлы максимумдар деп аталады. Егер = 0 болса орталық жолақ, яғни нолінші максимум; болса орталық жолақтың екі жағындағы бірінші ұлы максимумдар, болса — екінші ұлы максимумдар байқалады. Сөйтіп нолінші максимум мен ұлы максимумдар байқалатын бағыттар үшін: Параллель жарық сәулелері төрт саңылаудан, дифракцияланғандағы ұлы максимумдар жарық екі саңылаудан дифракцияланғандағы орындарда болады, бірақ олардың төрт саңылау алынғандағы интенсивтігі екі саңылау алынғандағыдан гөрі 4 ece, бір саңылау алынғандарыдан гөрі 16 есе артады. Егер когерент жарықтың бірінші шоғы екінші шоғын, үшінші шоғы төртінші шоғын әлсірететін болса, онда жолақтар жарық болмайды, олардың интенсивтігінің минимумының орындары (2) формула бойынша анықталады: Дифракциялық бейнеде бұлардан басқа да минимумдар байқалады. Шынында егер бұрышы өзгергенде көгерент жарықтың бірінші шоғы мен үшінші шоғының жол айырмасы, сондай-ақ екінші және төртінші шоқтардың сәйкес сәулелерінің де жол айырымдары, жарты толқындар ұзындығына тең болса, сонда бұл жарық шоқтары бір-бірін әлсіретеді. Мұнда байқалатын дифракциялық минимумдар қосымша минимумдар деп аталады. 10-суретке қарағанда олардың орындарын мына формула бойынша анықтауға болады: (3) мұндағы k = 0,1,2, 3... Сонымен бұл жағдайда қосымша минимумдар байқалу үшін: болулары тиіс. Сөйтіп төрт саңылау алынған жағдайда көршілес екі ұлы максимумның аралығында үш қосымша минимум болады. Сонда екі қосымша минимум пайда болады. Егер решетканың саңылауларының жалпы саны N болып, олардың әрқайсысының енділігі, , аралығы болса, сонда ол саңылауларға түскен монохромат параллель сәулелер дифракцияланған кезде көршілес ұлы максимумның аралығында (N -1) қосымша минимум, (N—2) қосымша максимум байқалады. Ұлы максимумдар өте қылта болады. Саңылаудың саны көбейген сайын ұлы максимумдардың интенсивтігі арта береді де берілген нүктеде N саңылаулардан өткен жарық интенсивтігінің, шамасы бір саңылаудан өткен жарық шоғы беретін интенсивтік шамасынан N2 есе артық болады, өйткені барлық саңылаулардан шыққан бір фазадағы тербелістердің қорытқы амплитудасы жеке тербелістер амплитудаларының қосындысына тең, ал жарық толқыны интенсивтігі тербеліс амплитудасынын квадратына пропорцнонал. Осы айтылғандарға сай 11-суретте саңылауларының саны N=3,4,5,6,10,250 болып келген решеткалар көмегімен алынған дифракциялық бейнелер (спектрлер) келтірілген. Бұған қарағанда барлық суреттегі ұлы максимумдар орындары ( ) бірдей, бірақ саңылаудың саны көбейген сайын ол максимумдар тарылады, олардың аралығындағы бәсең қосымша максимумдар көбейеді, саңылаудың саны 250-ге теңелгенде қосымша максимумдар болымсыз бәсең болады, бұл максимумдар күшейеді. Сөйте келе ұлы максимумдар сызық түрінде көрінеді. Сөйтіп саңылауы өте көп дифракциялық решеткаға монохромат жарық шоғы түскенде жинағыш линзаның ұлы фокус жазықтығында apaлықтары кара қоңыр өте енсіз бір түсті жолақтар, іс жүзінде сызықтар, байқалады. Егер дифракциялық решеткаға ақ жарық параллель шоғы түсірілсе (13-сурет), онда байқалатын дифракциялық жолақтар бір түсті болмайды, бірақ олардың opталық жолағы ақ болады, өйткені дифракция бұрышы =0 болған жағдайда толқын ұзындығының кез-келген мәні үшін dsin =0 болып, толқынының ұзындығы әр түрлі сәулелер бір-бірін күшейтеді. Сол орталық ақ жолақтың оң және сол жағында түрлі түсті жолақтар болады. Өйткені (1) формулаға сәйкес толқыны ұзын сәулелер көбірек, толқыны қысқа сәулелер азырақ бұрылады, яғни күрделі жарық толқын ұзындықтарына қарай жіктеледі, басқаша айтқанда дифракциялық спектрлер пайда болады. Осы дифракциялық спектрлер орталық ақ жолақтың екі жағына симметриялы түрде орналасады, сонда әрбір спектрдің күлгін түсті шеті орталық жолақ жақта болады. 11-сурет. Решеткалар көмегімен алынған дифракциялық бейне түрінің саңылау санына байланыстылығы. (20.1) формуладағы K санының мәніне қарай ол спектрлер де бірінші орындағы спектр (К ), екінші орындағы спектр (К= 2), үшінші орындағы спектр (К= 3) деп аталады. 13-суретте дифракциялық спектрлердің орындары, схема түрінде көрсетілген. Мұнда О—орталық спектрді көрсетеді, бірінші, екінші, үшінші орындағы спектрлер I, II, III цифрларымен белгіленген. Бұл суретке қарағанда екінші және үшінші орындардағы спектрлер аздап бір-бірін бүркеп тұр. Мұның себебін (1) формулаға сүйеніп түсінуі қиын емес. Дифракциялық решеткалар жазық металл айнадан да жасалады. Мұнда да бөлгіш машина көмегімен айнаның бетіне арақашықтықтары бірдей, өзара параллель штрихтар сызылады. Оған і бұрыш жасай түскен жарық шоғы ол штрихтар аралығындағы айна бөліктерінен бір бұрышымен анықталатын бағытта шағылады (12-сурет). 12-сурет. Шағылу решеткасының схемасы. Сол шағылған жарық шоқтары жолындағы линзаның ұлы фокус жазықтығында қосылады да дифракциялық спектр түзіледі. Мұндай решеткалар жазық шағылу решеткалары деп аталады. Шағылу решеткалары ойыс айнадан да жасалады. Дифракциялық решеткалар күрделі жарық кұрамын зерттеу үшін пайдаланылатын приборлардың негізгі бөлімі болып табылады. Ондай приборлар решеткалы спектрлік приборлар деп аталады. жүктеу/скачать 1,93 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|