Вопрос 5. Методы изготовления решёток и их применение

Техника изготовления дифракционных решёток совершенствовалась довольно медленно. Первая дифракционная решётка была построена (по-видимому), в 1785г. американским астрономом Риттенгаузом, но не была использована ни им Риттенгаузом, ни кем-либо другим.

Решётка вновь открыта в 1821г Фраунгофером, который дал основы теории дифракции в параллельных лучах и осуществил при помощи дифракционного спектроскопа важнейшие открытия, например, открыл тёмные линии в сплошном спектре Солнца (Фраунгоферовы линии).

Первые решётки Фраунгофер изготовлял из проволоки, намотанной на два параллельно расположенных винта. Таким способом он получал решётки с числом штрихов от 40 до 340 на дюйм. Для изготовления более совершенных решёток Фраунгофер перешёл к нанесению штрихов на таком золотом слое, покрывавшем стекло, а затем непосредственно на стекле алмазом. Лучшая решётка Фраунгофера была шириной в 0,5 дюйма и имела период около 3 мкм (8000 штрихов на дюйм) [1 дюйм=2,5см].

Переход от примитивных решёток Фраунгофера к совершенным дифракционным решёткам, явился сложной технической задачей, в решении которой принимали участие многие исследователи:

1. Роулэнд построил специальные машины для изготовления тончайших решёток. Кроме того он впервые стал делать вогнутые отражательные решётки. Его решётки имели 20000 штрихов на дюйм.

2. Андерсон, Вуд и др. в дальнейшем улучшали машины для изготовления дифракционных решёток.

В настоящее время дифракционные решётки изготовляют методом нанесения тонких штрихов (царапин) на поверхности стеклянной пластинки – прозрачная решётка или металлического зеркала (отражательная решётка).

Штрихи наносятся алмазным резцом с помощью делительной машины. В настоящее время дифракционные решётки (лучшие) имеют от 1200-1500 штрихов на миллиметр, что соответствует периоду (d) 0,83-0,56мкм.

Для учебных лабораторий широко применяются копии с гравированных решёток (реплики), которые получают путём изготовления отпечатков на специальных пластмассах с последующим нанесением на них металлического отражающего слоя. Вообще говоря, дифракционной решёткой может служить не только совокупность щелей, но и совокупность большого числа любых неоднородностей (отверстий и преград) на плоскости или в объёме. В последнем случае решётка называется пространственной. Пространственной (нерегулярной) решёткой является, например, мутная среда. В мутной среде взвешено множество очень мелких частиц какого-нибудь инородного вещества. К мутным средам относятся коллоидные растворы и т.д.

Проходя через мутную среду, свет дифрагирует об её беспорядочно расположенных микронеоднородностей и распространяется во всех возможных направлениях, т.е. рассеивается, не создавая определённой дифракции картины. Поэтому дифракцию в мутных средах называют рассеянием света.

Задача

На дифракционную решётку с периодом d мм падает нормально монохроматический свет. При этом главному максимуму четвёртого порядка соответствует отклонение от первоначального направления на угол =30 . Определить длину волны света.

Дано:	Решение:
d=0,004мм= м	; ; (м)
k=4
Ответ: м

Литература:

1. И. И. Наркевич и др. Физика. – Мн.: Изд-во ООО «Новое знание», 2004.

2. А. Н. Ремизов. Курс физики, электроники и кибернетики. – М.: Изд-во «Высшая школа», 1982.

3. В. Ф. Дмитриева. Физика. – М.: Изд-во «Высшая школа», 2001.

4. Р. И. Грабовский. Курс физики. – С. Пб. – M. - Краснодар: Изд-во «Лань», 2006.

5. Л. А. Аксенович, Н. Н. Ракина. Физика. – Мн.: Изд-во «ДизайнПро», 2004.