Difrakcija un difrakcijas režģis — teorija. Jaunās tēmas (izstrāde), L. Koroševska.

Difrakcija un Difrakcijas režģis

Difrakcija ir viļņu apliekšanās ap ceļā sastapto šķērsli. Piemēram, ūdens viļņi apliecas ap ceļā sastaptiem akmeņiem un skaņu mēs dzirdam arī tad, ja skaņas avots ir otrpus sienai.

Tā kā gaisma arī ir vilnis, tad tā spēj apliekties ap šķērsli, kura izmērs ir samērojams ar gaismas viļņa izmēru. Lai difrakciju varētu labi novērot, šķēršļa izmēram D jābūt samērojamam ar viļņa garumu λ . Redzamās gaismas gadījumā šķērslim jābūt ļoti sīkam – mērāmam mikrometros.

Par gaismas difrakciju sauc parādības, kad gaismas vilnim savā ceļā sastopot šķērsli, novēro atkāpšanos no gaismas taisnvirziena izplatīšanās.

Svarīgi!

Difrakcija un gaismas laušana ir dažādas parādības.

Difrakcijas gadījumā gaisma maina savu izplatīšanās virzienu šķēršļa dēļ, bet gaismas laušanās gadījumā gaisma maina izplatīšanās virzienu tādēļ, ka dažādām vidēm piemīt atšķirīgs optiskais blīvums.

Gaismas difrakcija ierobežo acs un optisko instrumentu (teleskopu, mikroskopu) izšķiršanas spēju. Difrakcijas dēļ spīdošs punkts redzams nevis kā punkts, bet kā spožs izplūdis plankums.

Piemērs:

Attēlā ir parādīts Habla teleskopa Sirius A un Sirius B fotoattēls, kurā ir redzama instrumentu radītais difrakcijas efekts - līnijas un koncentriski riņķi.

Gaismas difrakcijai izmanto difrakcijas režģus. Par difrakcijas režģi sauc periodisku struktūru, kas sastāv no daudzām šaurām spraugām. Difrakcijas režģa spraugas mēdz dēvēt arī par difrakcijas režģa svītrām. Mazāko attālumu starp spraugām sauc par difrakcijas režģa periodu jeb difrakcijas režģa konstanti.

Difrakcijas periods d parāda cik plata ir viena difrakcijas režģa sprauga.

Difrakcijas režģa periods ir ļoti mazs un ir mērāms mikrometros. Vienā milimetrā var būt vairāki simti spraugu.

Piemērs:

Ja difrakcijas režģī ir 530 svītras uz milimetru, tad difrakcijas režģa periods ir 1,89 µm.

d = \frac{1 \cdot 10^{- 3}}{530} = 1,89 \cdot 10^{- 6} m = 1,89 µ m

Piemērs:

Ja difrakcijas režģa periods ir 3,33 µm, tad uz katru difrakcijas režģa milimetru ir 300 spraugas.

d = \frac{1 \cdot 10^{- 3}}{3,33 \cdot 10^{- 6}} = 300 \frac{1}{mm} jeb spraugas uz milimetru

Katrā spraugā notiek gaismas difrakcija, un rezultējošā viļņa amplitūda veidojas kā šo daudzo difraģēto viļņu interferences rezultāts.

Difrakcijas režģi tāpat kā prizmu arī iespējams izmantot baltas gaismas sadalīšanai spektrā. Ja notiek baltās gaismas difrakcija, tad veidojas krāsu spektrs. Ja notiek monohromatiskas krāsas difrakcija, tad veidojas monohromatiska difrakcijas aina. Ar difrakcijas režģi iegūst šādu attēlu:

Svarīgi!

Jo īsāks ir gaismas viļņa garums, jo tuvāk viens otram atrodas difraģēto viļņu intensitātes maksimumi.

Sarkanās krāsas difrakcijas maksimumi atradīsies tālāk nekā zaļās krāsas maksimumi.

Piemērs:

Spuldze gaisma caur difrakcijas režģi sadalās spektrā.

Piemērs:

Kompaktdiskus un DVD diskus var uzskatīt par atstarojošiem difrakcijas režģiem, kuru konstante ir vienāda ar attālumu starp blakus esošajiem celiņiem. Parastajiem diskiem d ≈ 1,6 µm, bet DVD diskiem d ≈ 0,8 µm.