Дифракция

Наблюдения и теория Юнга и Френеля оказались решающими. В девятнадцатом веке свет стал волной, и это стимулировало поиски других явлений, характерных для волн. Одно из них, дифракцию, наблюдал еще Гримальди — луч света после прохождения через отверстие в преграде слегка искривлялся.

Это явление можно было объяснить (как делал Ньютон) притяжением частиц краями отверстия. Но его также можно было объяснить искривлением волны после прохождения преграды. Белый свет, проходя через единственную щель в преграде, образует типичную дифракционную картину. Первая темная полоса на дифракционной картине образуется в том месте, где расстояние от одного края щели больше расстояния до центра щели на половину длины волны. Не входя в подробности вычислений, учитывающих вклады от всех частей щели (фиг. 258), мы приходим к следующему результату. Когда l₁—l₂≈1/2d sin ϴ=1/2λ, мы наблюдаем первый минимум. Когда l₁—l₂=λ, волны усиливают друг друга и образуется максимум. Когда l₁—l₂=3/2λ, мы получаем второй минимум и т. д. Интенсивность последующих максимумов уменьшается, и общая картина выглядит так, как показано на фиг. 259.

Поскольку минимумы и максимумы, соответствующие различным цветам, слегка смещены из-за того, что более холодные цвета отклоняются меньше, чем теплые, белый свет разлагается в спектр, в котором минимумы, соответствующие различным цветам, сдвинуты на небольшое расстояние друг относительно друга: они образуются при слегка различных углах. Для всех цветов наблюдается центральный максимум при ϴ=0; там, где эти максимумы складываются, образуется центральное белое пятно; все же боковые полосы расщепляются на полоски всех цветов радуги, так как различные цвета дифрагируют по слегка различающимся направлениям.

Дифракционная решетка

Дифракционная решетка — основной прибор, который применяется на практике для разложения света на спектральные составляющие.

Фактически это препятствие с большим числом (иногда порядка нескольких тысяч) тонких щелей, расположенных на равном расстоянии й друг от друга (фиг. 260). На удаленном экране образуются, как и в случае двух щелей, максимумы и минимумы, соответствующие различным цветам. Однако получающаяся дифракционная картина оказывается гораздо ярче, чем в случае двух щелей, так как через решетку проходит больше света; поэтому пользоваться решеткой значительно удобнее.

Максимумы возникают при углах, определяемых из соотношения:

Следовательно, зная расстояние между соседними щелями (основной параметр решетки) и измеряя угол 0, можно определить длину волны (или длины волн) падающего света.