Siatka dyfrakcyjna

Siatka dyfrakcyjna jest to układ wielu małych szczelin, umieszczonych w równych odległościach od siebie. Siatka daje po oświetleniu jej z jednej strony źródłem światła obraz interferencyjny z drugiej strony.

Stała siatki dyfrakcyjnej jest to odległość między szczelinami.

Poniższa ilustracja przedstawia obraz interferencyjny dla siatki w formie folii dyfrakcyjnej o rozdzielczości 13 500 linii/cal i wymiarach 12x12 cm. Wskazana rozdzielczość odpowiada 531 szczelin na milimetr. Siatka daje wspaniałe obrazy i rozszczepienie barw w dwóch wymiarach zarówno z użyciem lasera jak i tradycyjnego źródła światła. Szczególne wrażenie robi umieszczenie lasera tuż za folią. Wskazane zdjęcia dotyczą tej właśnie siatki (można ja kupić w naszym sklepie tutaj).

Siatki dyfrakcyjne służą do przeglądania i analizy widm z różnych źródeł światła. Są też głównym elementem spektroskopu, wykorzystywane do doświadczeń związanych z badaniem światła i koloru.

Wzory

Wzory na kąty ugięcia w siatce dyfrakcyjnej są następujące (wzór na maksima w obrazie siatki dyfrakcyjnej):

Kąt ugięcia, dla którego na ekranie powstaje maksimum n-tego rzędu wyraża wzór:

$n\lambda=d\sin{\alpha_n}$

gdzie:

n - kolejne liczby 0, 1, 2, 3, ..., oznaczające rząd minimum lub maksimum interferencyjnego;
λ - długość fali światła;
d - stała siatki;
α_n - kąt ugięcia prążka n-tego rzędu.

Jak widać jest to ten sam wzór, jak dla dwóch szczelin w doświadczeniu Younga.

Wzór na położenie minimów natężenia obrazu interferencyjnego w siatce dyfrakcyjnej jest następujący:

$\frac{k\lambda}{N}=d\sin{\alpha_n}$

gdzie:

k - kolejne liczby 1, 2, 3, ..., oznaczające rząd minimum lub maksimum interferencyjnego;
λ - długość fali światła;
d - stała siatki;
α_n - kąt ugięcia prążka n-tego rzędu;
N - liczba szczelin.

Zatem między dwoma maksimami głównymi mamy do czynienia z N-1 minimami i N-2 maksimami wtórnymi. Im więcej jest szczelin, tym mniej wyraźne są maksima wtórne, a tym jaśniejsze i węższe są maksima główne.

Rodzaje siatek dyfrakcyjnych

W rzeczywistości nie wykonuje się szczelin w podłożu siatki, a wykonuje się jedynie rysy, których może być nawet 1500 na milimetr. To tak zwane siatki fazowe, siatki transmisyjne.

Są też siatki z metalu, na których wycina się rysy, a obraz interferencyjny powstaje po odbiciu światła od metalowej płytki. To tak zwane siatki obiciowe.

Pytania

Dlaczego obraz po przejściu przez siatkę staje się kolorowy?

Jak widać z powyższych wzorów, kąt ugięcia promienia, dla którego powstaje maksimum zależy między innymi od długości fali padającego światła. Kolor czerwony ugina się na szczelinach silniej niż fioletowy. Powstaje widmo światła białego, co doskonale widać na fotografii świecy.

Dyfrakcja światła

Dyfrakcja światła to odchylenie od prostoliniowego biegu promienia światła w pobliżu przeszkody. To inaczej ugięcie światła. Dyfrakcja jest zjawiskiem, które dowodzi falowej natury światła.