Номер 1, страница 88 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

1. Что представляет собой дифракционная решетка?

1. Дифракционная решетка — это оптический прибор, который представляет собой совокупность большого числа параллельных, равноотстоящих друг от друга элементов (например, щелей, штрихов или выступов), нанесенных на прозрачную или отражающую поверхность. Основное назначение дифракционной решетки — пространственное разделение (разложение в спектр) электромагнитного излучения, например, видимого света, на составляющие его монохроматические волны разной длины.

Принцип действия решетки основан на явлениях дифракции и последующей интерференции света. Когда световая волна падает на решетку, каждая ее щель (или штрих) в соответствии с принципом Гюйгенса–Френеля становится источником вторичных когерентных волн. Распространяясь в пространстве за решеткой, эти волны накладываются друг на друга и интерферируют. В результате в одних направлениях волны усиливают друг друга (конструктивная интерференция), создавая максимумы интенсивности, а в других — ослабляют (деструктивная интерференция), приводя к минимумам.

Главной характеристикой решетки является ее период или постоянная $\text{d}$ — расстояние между центрами соседних щелей. Эта величина равна сумме ширины прозрачной щели $\text{a}$ и ширины непрозрачного промежутка $\text{b}$: $d = a + b$.

Условие, при котором наблюдаются главные максимумы интенсивности света, прошедшего через решетку, называется уравнением дифракционной решетки: $d \sin \varphi = k \lambda$ Здесь $\text{d}$ — период решетки, $\varphi$ — угол дифракции (угол между перпендикуляром к решетке и направлением на максимум), $\lambda$ — длина волны падающего света, а $\text{k}$ — целое число ($k = 0, \pm1, \pm2, ...$), которое называется порядком спектра или порядком максимума.

Из уравнения видно, что положение максимумов (угол $\varphi$) зависит от длины волны $\lambda$.

• При $k = 0$ угол $\varphi = 0$ для всех длин волн. Это соответствует центральному максимуму, который имеет тот же цвет, что и падающий свет (белый для белого света), так как в этом направлении все волны приходят в одинаковой фазе.
• Для порядков $k \neq 0$ угол дифракции $\varphi$ тем больше, чем больше длина волны $\lambda$. Поэтому фиолетовый свет (с наименьшей длиной волны в видимом диапазоне) отклоняется на наименьший угол, а красный (с наибольшей длиной волны) — на наибольший. В результате по обе стороны от центрального максимума наблюдаются радужные полосы — дифракционные спектры первого, второго и последующих порядков.

Дифракционные решетки бывают прозрачными (работают на пропускание) и отражательными (работают на отражение, ярким бытовым примером является поверхность CD или DVD-диска). Они являются ключевыми элементами во многих спектральных приборах, таких как спектрометры и монохроматоры, используемых для анализа состава веществ, в астрономии, а также в телекоммуникационных системах для разделения оптических сигналов.

Ответ: Дифракционная решетка — это оптический прибор, представляющий собой периодическую структуру из большого числа щелей или отражающих штрихов, предназначенный для разложения света в спектр на основе явлений дифракции и интерференции волн.