Rețele de difracție
Pentru a studia proprietățile spectrale (înregistrarea spectrului) diferitelor surse de lumină, se folosesc instrumente spectrale - spectroscoape, spectrografe și spectrometre. Un spectroscop este conceput pentru observarea vizuală a spectrelor, un spectrograf este pentru a fotografia spectre, un spectrometru este pentru a determina poziția liniilor spectrale individuale sau pentru a înregistra un spectru sub forma unei curbe. Iată cum sunt interpretați acești termeni în Dicționarul de cuvinte străine, publicat la Moscova în 1954:
Cum să faci un spectroscop cu propriile mâini?
Grețele de difracție - naturale și artificiale
Una dintre modalitățile de observare a compoziției spectrale a luminii este utilizarea unui rețele de difracție, care este o suprafață pe care se depun un număr mare de linii/fânturi/proeminențe localizate regulat (prin pasul de rețea $b$). Pe o rețea de difracție se observă fenomenul de difracție printr-o fantă (difracția Fraunhofer) - abateri de la legile opticii geometrice.
Pentru prima dată, o rețea de difracție a fost folosită de James Gregory, care a folosit pene de pasăre ca rețea. El a trecut lumina soarelui prin stilou și a văzut descompunerea acesteia în culorile sale componente. De asemenea, culorile aripilor multor fluturi se datorează fenomenului de difracție.
Un rețele de difracție artificială cu o suprafață de 0,5 mp. inch a fost creat pentru prima dată de un inventator din Philadelphia David Rittenhouse în 1875 - din 50 de fire de păr întinse (pasul rețelei era de 250 de microni) și a putut observa spectre de ordinul al șaselea.
Și iată cum sunt descrise în enciclopedie manifestările difracției în viața de zi cu ziDicţionar al lui Brockhaus şi Efron:
Rețele holografice difractive cu pas de 1, 2 și 1,88 µm sunt vândute la licitația eBay:
DVD ca rețea de difracție
Dar poți să faci o rețea de difracție. DVD!
Un disc DVD+R (DVD+RW) este format din două straturi: optic (2) și reflectorizant (1).
Le-am despărțit cu un cuțit:
Într-un disc DVD-R, straturile au o graniță clară între ele și sunt destul de ușor separate unul de celălalt, spre deosebire de un disc CD-R:
Ca rețea de difracție (rețea de difracție ing.), puteți utiliza atât straturi optice (pentru transmisie - rețea transparentă, rețea de transmisie ing.), cât și straturi reflectorizante (pentru reflexie - rețea reflectorizante, ing. rețea reflectorizante).
Constanta unui astfel de grilaj (spațiere între linii) pentru un DVD este de 0,74 µm (pentru un CD este de 1,6 µm).
Am decupat un fragment din stratul optic al unui disc DVD + R, obținând un grătar de difracție transparent improvizat:
Difracția poate fi observată prin direcționarea unui fascicul (2) de la un indicator laser (1) către acest fragment (3). În același timp, pe ecran apar nu una, ci trei puncte - maxim (4,5,6):
5 - spot de ordin zero; 6 - spoturi de ordinul întâi
Când un fascicul cu lungimea de undă $\lambda$ incide pe rețea la un unghi $i$ față de normala rețelei, maximele se obțin la unghiurile $\theta$, determinate de relația: $k \lambda = b (sin i + sin \theta)$ , unde $k$ este ordinul spectrului, $b$ este constanta rețelei (pasul dintre linii). Pentru cazul unui fascicul de lumină care cade în unghi drept, formula este convertită în forma: $k \lambda = b sin \theta$, care pentru un spot de ordinul întâi dă expresia $\ lambda = b sin \theta$.
Așa arată în realitate (am folosit „verde”indicator laser cu o lungime de undă de 532 nm):
La o distanta de 43 cm de la grilaj la ecran, distanta de la punctul central la cel exterior este de 38,5 cm, ceea ce corespunde unui unghi de 42°. Verificarea produce un unghi de 46°. Acest lucru practiccoincidecu rezultatul experimental!
Petele de difracție de la radiația laserroșiesunt îndepărtate din punctul centralla o distanță mai mare, ceea ce este în concordanță cu formula de mai sus (lungimea de undă a laserului roșu este mai mare decât cea verde) .
Curbura liniilor de spectru se datorează curburii canelurilor de pe suprafața stratului optic al discului DVD.
Prin rotirea rețelei de difracție improvizate, puteți alege tipul și poziția optime a spectrului.
Spectrele surselor de lumină pe care le-am observat
Așa arată spectrele diferitelor surse, pe care le-am obținut folosind un fragment decupat din stratul optic al unui disc DVD+R:
Spectrul luminii solare
spectrul este, așa cum era de așteptat, continuu în toată regiunea vizibilă (violet până la roșu):
spectrul de lumină solară reflectată de lună:
potriviți spectrul flăcării
spectru continuu
spectrele lămpilor incandescente
spectrul este și el continuu, ca și spectrul luminii solare:
spectrele lămpilor fluorescente (lămpi fluorescente)
lampa de zi:
când se rotește rețeaua de difracție improvizată, spectrul se transformă într-o bandă pe care ies în evidență două linii - în regiunile violet și verde ale spectrului:
CFL (lampă fluorescentă compactă)
spectrul este discret (clar vizibilcontururi repetate multiple ale corpului lămpii spiralate):
Interiorul balonului este acoperit cu fosfor, care, sub acțiunea radiației ultraviolete de la o descărcare în lampă, emit lumină vizibilă (fiecare fosfor este în propria sa bandă spectrală, de obicei se folosesc trei sau patru fosfor).
Iată cum arată spectrul de emisie al unui CFL cu o temperatură de culoare de 4000 K la scară mare:
Tabel comparativ al spectrelor CFL cu diferite temperaturi de culoare: