Çalışmanın amacı: çeşitli türlerdeki kırınım modellerine aşinalık; monokromatik ışıkta kırınım olgusunu incelerken dikdörtgen bir yarığın genişliğinin belirlenmesi; kırmızı ve mor ışığın dalga boylarının belirlenmesi.

Aletler ve aksesuarlar: kırınım ızgarası, yarıklı ekran, bölmeli cetvel, aydınlatıcı, tripod; RMS 3'ün kurulumu.

Teorik bilgiler

Kırınım olgusu, ışığın opak ve şeffaf gövdelerin kenarları, dar delikler, çıkıntılar vb. şeklinde keskin homojensizliklere sahip bir ortamda doğrusal yayılmadan sapması ve bunun sonucunda ışığın bölgeye nüfuz etmesinden oluşur. geometrik gölge ve ışık yoğunluğunun girişimsel bir yeniden dağılımı meydana gelir. Kırınım, geometrik optiklerin olağan yasalarının (yansıma ve kırılma) bir sonucu olmadığı sürece, ışınların doğrusal yayılımından herhangi bir sapma olarak anlaşılmalıdır. Kırınım olgusu, Huygens-Fresnel prensibi kullanılarak ışığın dalga özellikleriyle açıklanmaktadır.

Bu prensibin ana hükümleri:

Işık dalgasının belirli bir anda ulaştığı dalga yüzeyinin her bir elemanı, genliği elemanın alanıyla orantılı olan bir ikincil dalga kaynağı görevi görür.

Aynı yüzeyin elemanları tarafından oluşturulan ikincil dalgalar tutarlıdır ve üst üste geldiklerinde girişim yapabilirler.

Radyasyon yüzey elemanının dış normali yönünde maksimumdur. Küresel bir dalganın genliği kaynaktan uzaklaştıkça azalır. Dalga yüzeyinin yalnızca açık alanları yayılır.

Bu prensip, herhangi bir engel durumunda düz hatlı yayılmadan sapmaların onaylanmasını mümkün kılar. Opak bir plakadaki MN deliği şeklindeki bir engelin üzerine düşen bir düzlem dalganın (paralel bir ışık huzmesi) durumunu ele alalım (Şekil 2.1).

t2 zamanındaki temel dalgalar, P2 yüzeyi ile dalga cephesini belirler.

Şek. Şekil 2.1'de dalga cephesine dik olan ışık ışınlarının orijinal yönlerinden saptığı ve geometrik gölge bölgesine düştüğü açıktır.

Işık kırınımı problemini çözmek, ortaya çıkan ışık dalgasının farklı yönlerdeki yoğunluğuyla ilgili soruları araştırmak anlamına gelir. Bu araştırmadaki ana konu, üst üste binen dalgaların yalnızca güçlendirilmesi değil aynı zamanda zayıflatılması da mümkün olan ışık girişiminin incelenmesidir. Kırınımın önemli bir durumu paralel ışınlardaki kırınımdır. Optik aletlerin (kırınım ızgaraları, optik aletler vb.) çalışmasını değerlendirirken kullanılır. En basit durumda, bir kırınım ızgarası, üzerine eşit genişlikte vuruşların birbirinden aynı mesafede uygulandığı şeffaf bir cam plakadır. Böyle bir ızgara, dağıtıcı bir sistem olarak prizma yerine geleneksel bir spektral kurulumda kullanılabilir. Bir ızgaranın N yarığında kırılan ışık ışınlarının girişimine ilişkin oldukça karmaşık fiziksel olguyu anlamayı kolaylaştırmak için, önce bir, sonra iki yarıkta kırınımı ele alalım ve son olarak N yarık için bir ifade yazalım. Hesaplamayı basitleştirmek için Fresnel bölgesi yöntemini kullanıyoruz.

Tek yarık kırınımı. Bir yarıkta paralel ışınlardaki kırınımı ele alalım. Paralel ışınların oluşturduğu kırınım desenini inceleyen kırınım türüne paralel ışın kırınımı veya Fraunhofer kırınımı adı verilir. Yarık, opak bir plaka üzerinde bir tarafı diğerinden çok daha büyük olan dikdörtgen bir deliktir. Daha küçük olan tarafa yuva genişliği denir A. Böyle bir yarık ışık dalgalarına engel teşkil eder ve kırınım buradan gözlemlenebilir. Laboratuar koşullarında, yarık genişliğinin artması durumunda yarık kırınımı açıkça gözlenir. A büyüklüğü, ışığın dalga boyuyla karşılaştırılabilir. Tek renkli bir ışık dalgasının genişlikteki bir yarık düzlemine normal olarak gelmesine izin verin A(AB mesafesi). Yarıkların arkasında bir toplayıcı mercek ve merceğin odak düzlemine yerleştirilmiş bir ekran bulunmaktadır. Diyagram Şekil 2'de gösterilmektedir. 2.2.

Huygens ilkesine göre, dalga cephesinin yarığa ulaşan her noktası yeni bir salınım kaynağıdır ve normal ışık gelişinde yarığın düzlemi dalganın düzlemiyle çakıştığı için bu dalgaların fazları aynıdır. dalga cephesi. Yayılma yönü bir açı oluşturan AB'nin ön tarafında bulunan noktalardan gelen monokromatik ışık ışınlarını ele alalım. normal ile. AC dik açısını A noktasından B noktasından yayılan ışının yönüne indirelim. O halde AC'den daha uzağa yayılan ışınlar yol farkını değiştirmeyecektir. Işınların yolundaki fark BC segmentidir. Bu ışınların girişimini hesaplamak için Fresnel bölgesi yöntemini kullanıyoruz.

BC doğru parçasını uzunluk parçalarına bölelim. Uçakta aşağıdaki ifadeler yer alacaktır:

Bu bölümlerin uçlarından AB ile buluşana kadar AC'ye paralel çizgiler çizerek, yarıktaki dalga cephesini sayısı z'ye eşit olan eşit genişlikte birkaç şeride böleriz. Bu şeritlerin karşılık gelen noktaları, belirli bir yönde M gözlem noktasına karşılıklı yol farkıyla ulaşan dalga kaynakları olduğundan bunlar Fresnel bölgeleridir. Şeritlerden gelen dalgaların genlikleri aynı olacaktır çünkü ön kısım düz ve alanları eşittir. Fresnel bölgeleri teorisine göre, iki komşu bölgeden gelen ışınlar, fazları zıt olduğundan birbirini iptal eder. Daha sonra, çift sayıda Fresnel bölgesi (z=2m, burada m bir tamsayıdır, m=1,2,3...) yarıklara sığdığında, M noktasında bir kırınım minimumu olacaktır ve tek sayı ile sayı (z=(2m+1) ) – maksimum. Daha sonra Denklem (1)'i aşağıdaki gibi yazacağız:

Bir yarıktan gelen kırınım desenindeki yoğunluk dağılımı, Şekil 2'de gösterilmektedir. 2.3. Apsis ekseni, spektral desenin yer aldığı ekran boyunca sıfır maksimumdan olan mesafeyi gösterir.

Çift yarık kırınımı. Yoğunluğu artırmak ve renk ayrımını daha net hale getirmek için tek bir yarık değil, aynı genişlikte bir dizi paralel yarıktan oluşan bir kırınım ızgarası kullanıyorlar. A opak genişlik aralıklarıyla ayrılmış B. Toplam A+ B= D kırınım ızgarasının periyodu veya sabiti denir.

Izgara durumunda ekrandaki aydınlatma dağılımını bulmak için, yalnızca her bir yarıktan çıkan dalgaların girişimini değil, aynı zamanda belirli bir noktaya gelen dalgaların karşılıklı girişimini de hesaba katmak gerekir. ekran komşu yarıklardan. Sadece iki yarık olduğunu varsayalım. Yarıkların düzlemine normal olarak tek renkli bir dalga geliyor. Yuvalara çift sayıda Fresnel bölgesi sığdığında, yuva için minimum koşul karşılanır. Her yarık için minimum koşul sağlandığı için aynı durum kafesin tamamı için de geçerlidir. Sonuç olarak, kafes için minimum koşul, yarık için minimum koşulla çakışır; buna ana minimum koşul denir ve şu şekildedir:

.

Tek sayıda Fresnel bölgesinin yuvalara sığdığı durumu ele alalım. Bu durumda, her yarıkta, tüm ışık kaynaklarının aynı fazda salındığı bir telafi edilmemiş Fresnel bölgesi kalacaktır. Yarıkların birinden geçen bu telafi edilmemiş ışınlar, diğer yarıktan geçen telafisiz ışınlara müdahale edecektir. Bitişik yarıkların karşılık gelen noktalarından çıkan ve ekranın bir noktasına düşen, keyfi olarak yönlendirilmiş iki ışın seçelim (Şekil 2.4). Girişimleri BC= yol farkıyla belirlenir. D günah . BC = ise M noktasında ışık yoğunlaşır. Denklem

ana maksimumları belirler. Eğer, , daha sonra M noktasında ışık zayıflar. Denklem

ikinci bir boşluğun varlığı nedeniyle ortaya çıkan ilave minimumların koşuludur.

Eğer B A bu durumda iki yarıktan gelen kırınım deseninin ana kısmının genişliği aynı kalır. Enerjinin çoğu merkezi maksimumda yoğunlaşmıştır. Noktalı çizgi, bir yarık için yoğunluk dağılımını gösterir. Eğer B A kırınım deseni bir miktar daralacaktır. Şu tarihte: B=0, iki yarık genişliğinde olmadığından 2 kat daha dar tepeler elde edilir A ve bir yuva 2 genişliğindedir A.

KırınımNçatlaklar. Bir kırınım ızgarasındaki kırınım desenini hesaplamak matematiksel açıdan oldukça karmaşıktır, ancak prensip olarak iki yarık üzerindeki kırınım hesaplamasından farklı değildir. İki yarıktan kırınım durumunda belirli sayıda ek maksimum ve minimumun ortaya çıktığı dikkate alınmalıdır. Üçüncü bir yarık varsa sayıları artar, çünkü her yarıktan gelen kırınım desenine katkının hesaba katılması gerekir. Kırınım ızgarasındaki yarıkların sayısı arttıkça ilave maksimum ve minimumların sayısı da artar. Kırınım ızgarasının ana maksimum ve minimum koşulları, iki yarıkla aynı kalır:

,m=0,1,2… (ana maksimumlar), (2.2)

,m=1,2,3… (ana minimum), (2.3)

ve ek minimumlar koşula göre belirlenir:

,m=0,1,2… (2.4)

Kırınım ızgarası N yarıktan oluşuyorsa, ana maksimumun koşulu (2.2)'dir ve ana minimumun koşulu (2.3)'tür.

Ek minimumların durumu:

burada N, ızgara yarıklarının toplam sayısıdır (m=1, 2,…,N-1,N+1,…, 2N-1, 2N+1,…). Formül (2.5)'te m, 0, N, 2N dışındaki tüm tamsayı değerlerini alır, yani (2.5) koşulunun (2.2)'ye dönüştüğü durumlar hariç.

Formül (2.2) ve (2.5)'i karşılaştırdığımızda, ana maksimum sayısının toplam ek minimum sayısından N kat daha az olduğunu görüyoruz. Aslında, açıya karşılık gelen ek minimumların sayısı (veya sırası) , formül (2.2)'den aşağıdaki şekilde elde edilir:

ve formül (2.5)'ten görülebileceği gibi toplam ek minimum sayısı,

nereden takip ediyor?

Böylece, iki ana maksimum arasında, ikincil maksimumlarla ayrılmış (N-1) ek minimum vardır. Bu yan maksimumların genel kırınım modeline katkısı küçüktür, çünkü yoğunlukları düşüktür ve belirli bir sıranın ana maksimumundan uzaklaştıkça hızla azalır. Çünkü ızgara çizgilerinin sayısı arttıkça içinden artan miktarda ışık enerjisi geçer ve aynı zamanda ek maksimum ve minimumların sayısı da artar. Bu, ana maksimumların daralması ve parlaklıklarının artması, yani ızgaranın çözünürlüğünün artması anlamına gelir.

Bir dizi spektral bileşen içeren ışık ızgaraya düşerse, formül (2.2)'ye göre, farklı bileşenler için ana maksimumlar farklı açılarda oluşturulur. Böylece ızgara, ışığı bir spektruma böler.

Bir spektral cihaz olarak ızgaranın özellikleri açısal dağılım ve çözünürlüktür.

Açısal dağılım miktardır
, Nerede
- dalga boyu farklı olan iki spektral çizgi arasındaki açısal mesafe
. Formül (2)'nin farklılaştırılmasıyla şunu elde ederiz:

Çözünürlük miktardır
, Nerede
- Spektrumda ayrı ayrı görülebilen iki spektral çizginin dalga boylarındaki en küçük fark.

Rayleigh kriterine göre, eğer aralarındaki aralıktaki yoğunluk maksimumun yoğunluğunun %80'inden fazla değilse, iki yakın çizginin çözülmüş olduğu (ayrı ayrı görülebildiği) kabul edilir; I=0.8I 0 , burada I 0 ana maksimumun yoğunluğudur, I iki bitişik maksimum arasındaki boşluğun yoğunluğudur (Şekil 2.6).

Rayleigh koşulundan şu sonuç çıkar:

onlar. Izgaranın çözünürlüğü N yarık sayısıyla artar ve spektrumun sırasına bağlıdır.

GÖREV 1. Kırmızı ve mor ışığın dalga boylarının belirlenmesi.

Deney düzeneği, üzerine bölmeli yatay bir cetvelin monte edildiği bir tripod, bir kırınım ızgarası, yarıklı bir ekran (dar bir ışık huzmesi elde etmek için) ve bir aydınlatıcıdan oluşur. Bu çalışmada kullanılan kırınım ızgarası 1 mm başına 100 çizgiye sahiptir; kafes dönemi D=0,01 mm. Dar bir yarıktan ve ardından bir kırınım ızgarasından geçen bir ışık huzmesi, bikonveks mercek rolünü oynayan gözün merceğine çarpar. Daha fazla yayılmayla birlikte, yarıklı bir ekran üzerinde spektrumların ve bölmeli ölçeğin görüntüsü retinaya ulaşır. Böylece spektrumun görüntüsünü ölçekte görüyoruz.

Bir kırınım ızgarası için m'inci dereceden maksimum koşulundan dalga boyu şu şekilde ifade edilir:

Nerede D kırınım ızgarasının periyodu, sin φ spektrumda belirli bir çizginin gözlemlendiği açının sinüsüdür, m, çizginin gözlemlendiği spektrumun sırasıdır.

Spektrumda çizgilerin gözlendiği φ m açıları küçüktür, dolayısıyla sin φ m ≈ tan φ m . Bu koşulu kullanarak şunları elde ederiz:

Formül (2.6) m'inci mertebe spektrumda gözlenen çizginin dalga boyunu belirlemeye çalışmaktadır.

İş emri

Işığı aç.

Ekranı, yarık kırınım ızgarasından L mesafesine gelecek şekilde takın.

Gözünüzü uygun bir mesafede ızgaraya yaklaştırın (kırınım spektrumları ölçeğin siyah arka planında yarığın her iki yanında görülebilmelidir). Bu durumda göz ızgaraya yakın mesafede olmalıdır (Şekil 2.7).

Ekran ölçeğini kullanarak, çeşitli L mesafeleri (L = 15 cm, 20 cm, 25 cm) için yarığın sağında ve solunda bulunan 1. ve 2. sıradaki spektrumlardaki kırmızı ve mor çizgilerin S konumunu belirleyin. . Ölçüm sonuçlarını tabloya girin. 1.

tablo 1

Aşağıdaki formülü kullanarak tgφ'yi hesaplayın:

.

Formül (2.6)'yı kullanarak, farklı derecelerdeki spektrumlar ve farklı L mesafeleri için kırmızı ve mor ışığın dalga boylarını hesaplayın.

Aşağıdaki formülü kullanarak kırmızı ve mor ışığın dalga boylarının aritmetik ortalamasını hesaplayın:

,

burada n, ölçümlerin sayısıdır.

.

,

burada t α (n) – Öğrenci katsayısı, α=0,95, t 0,95 (6)=2,6.

λ= ±Δλ, nm; a=0,95.

GÖREV 2. Bir yarıktan kırınım sırasında radyasyonun dalga boyunun belirlenmesi.

Laboratuvar kurulumunun açıklaması

MOL-1 nesnesi, üç sıra halinde yerleştirilmiş opak kaplamalı ve şeffaf yapılara sahip ince bir cam disktir: A sırası - çift yarıklar, B sırası - yuvarlak delikler, C sırası - tek yarıklar. C sırasındaki yarıkların toplam sayısı 16'dır. Lazerden gelen ışınım, MOL-1 nesnesinin yüzeyinde istenilen yapıya yönlendirilir. Bu durumda ekranda buna karşılık gelen bir kırınım modeli gözlenir.

Boşluk için m'inci derece minimum koşulundan radyasyon dalga boyu şu şekilde ifade edilir:

Nerede A yarık genişliğidir, sin φ minimumun gözlendiği açının sinüsüdür, m minimumun mertebesidir.

Minimumların gözlendiği φ m açıları küçüktür, dolayısıyla sin φ m ≈ tan φ m . Bu koşulu kullanarak şunu elde ederiz:

Formül (2.7) lazer ışınımının dalga boyunu belirlemek için çalışmaktadır.

İş emri

Tabloya göre. C sırasındaki 2 çalışma alanını seçin - en az üç (öğretmenin yönlendirdiği şekilde).

Tablo 2

Lazeri açın. Yuvayı ekrana L mesafesine ayarlayın. Ayar vidalarını ayarlayarak, MOL-1 test nesnesi üzerinde C satırında incelenen yarığa istenen radyasyon yönünü elde edin. Net bir kırınım deseni elde edin.

Ekrana boş bir sayfa yerleştirin. Merkezi maksimumun ortasından birinci, ikinci ve üçüncü derecelerin minimumlarının ortasına, merkezi maksimumun sağına ve soluna kadar S mesafelerini işaretleyin (yani m=±1, ±2, ±3 sıraları için) ). L mesafesini ölçün.

Sayfayı çıkardıktan sonra işaretli S mesafelerini bir cetvelle dikkatlice ölçün ve ölçüm sonuçlarını tabloya girin. 3.

Tablo 3

.

Aşağıdaki formülü kullanarak tgφ'yi hesaplayın:

Aşağıdaki formülü kullanarak dalga boyunun aritmetik ortalama değerini hesaplayın:

,

burada n, ölçümlerin sayısıdır.

Aşağıdaki formülü kullanarak ortalama karesel hatanın tahminini hesaplayın:

.

Aşağıdaki formülü kullanarak rastgele hata sınırını hesaplayın:

,

burada t α (n) – Öğrenci katsayısı, α=0,95, t 0,95 (9)=2,31.

Nihai sonucu şu şekilde yazın:

λ= ±Δλ, nm; a=0,95.

Kontrol soruları

Hangi dalgalara tutarlı denir?

Işığın girişim ve kırınımı olayları nelerdir?

Dalga cephesi, dalga yüzeyi denilen şey nedir?

Fresnel bölgesi yöntemi nedir?

Huygens-Fresnel ilkesini formüle edin.

Tek renkli ve beyaz ışıkla aydınlatıldığında tek bir yarıktan ve bir kırınım ızgarasından elde edilen kırınım desenlerini çizin ve açıklayın.

Izgara ile kırınım sırasında ana maksimum, ana minimum ve ek minimumun görünümünü açıklayın. Formüllerini yazın.

Işık kaynağı tek renkli bir ışık kaynağıyla değiştirilirse kırınım deseninin ızgaradaki görünümü nasıl değişecek?

Kırınımın bilim ve teknolojideki uygulamalarını açıklayın.

3 Nolu LABORATUAR ÇALIŞMASI

Tanım 1

Işığın kırınımı, engellerin yanından geçerken ışığın doğrusal yayılma yönünden sapması olgusudur.

Klasik fizikte kırınım olgusu, Huygens-Fresnel ilkesine uygun olarak dalga girişimi olarak tanımlanır. Bu karakteristik davranış modelleri, bir dalga, dalga boyuyla karşılaştırılabilecek büyüklükte bir engel veya boşlukla karşılaştığında ortaya çıkar. Benzer etkiler, bir ışık dalgası kırılma indisi değişen bir ortamdan geçtiğinde veya bir ses dalgası akustik empedansı değişen bir ortamdan geçtiğinde ortaya çıkar. Kırınım, ses dalgaları, rüzgar dalgaları ve elektromanyetik dalgaların yanı sıra görünür ışık, X-ışınları ve radyo dalgaları da dahil olmak üzere tüm dalga türlerinde meydana gelir.

Fiziksel nesneler (atom seviyesinde) dalga özelliklerine sahip olduğundan, maddelerde de kırınım meydana gelir ve kuantum mekaniği prensiplerine göre incelenebilir.

Örnekler

Kırınım etkileri günlük yaşamda yaygındır. Kırınımın en çarpıcı örnekleri ışıkla ilişkili olanlardır; örneğin, CD'lerdeki veya DVD'lerdeki yakın aralıklı parçalar bir kırınım ızgarası görevi görür. Atmosferdeki küçük parçacıkların kırılması, güneş veya ay gibi parlak bir ışık kaynağının yakınında görülebilen parlak bir halkayla sonuçlanabilir. Bir lazer ışını optik olarak düzgün olmayan bir yüzeye çarptığında meydana gelen benek de kırınımdır. Tüm bu etkiler ışığın dalga halinde ilerlemesinin bir sonucudur.

Not 1

Kırınım her türlü dalgada meydana gelebilir.

Okyanus dalgaları iskelelerin ve diğer engellerin etrafında dağılır. Ses dalgaları nesnelerin etrafında bükülebilir, böylece birisinin bir ağacın arkasına saklandığında bile seslendiğini duyabilirsiniz.

Hikaye

Işık kırınımının etkileri, Grimaldi zamanında, kırınım terimini de icat eden Francesco Maria tarafından iyi biliniyordu. Grimaldi'nin elde ettiği sonuçlar ölümünden sonra 1665 dolarda yayınlandı. Thomas Young, 1803'te birbirine yakın iki yarıktan gelen girişimi gösteren ünlü bir deney gerçekleştirdi. Elde ettiği sonuçları iki farklı yarıktan çıkan dalgaların girişimiyle açıklayarak ışığın dalga şeklinde ilerlemesi gerektiği sonucuna vardı. Fresnel, 1815 $'da yayınlanan kırınım hakkında daha doğru çalışmalar ve hesaplamalar yaptı. Fresnel, teorisini Christian Huygens tarafından geliştirilen ışığın tanımına dayandırdı ve onu ikincil dalgaların girişimi fikriyle tamamladı. Fresnel'in teorisinin deneysel olarak doğrulanması, ışığın dalga doğasının ana kanıtlarından biri haline geldi. Bu teori artık Huygens-Fresnel ilkesi olarak biliniyor.

Işığın kırınımı

Yarık kırınımı

Işıkla aydınlatılan sonsuz küçük genişliğe sahip uzun bir yarık, ışığı bir dizi dairesel dalga halinde ve yarıktan çıkan ve eşit yoğunlukta silindirik bir dalga olan bir dalga cephesi halinde kırar. Dalga boyundan daha geniş bir yarık, yarıktan çıkan alanda girişim etkisi yaratır. Bunlar, yarığın, sanki yarığın tüm genişliği boyunca eşit olarak dağıtılmış çok sayıda nokta kaynağı varmış gibi davranmasıyla açıklanabilir. Tek bir dalga boyundaki ışığı dikkate alırsak bu sistemin analizi basitleşir. Gelen ışık tutarlı ise bu kaynakların tümü aynı faza sahiptir.

Kırınım ızgarası

Kırınım ızgarası, ışığı farklı yönlerde hareket eden birden fazla ışına bölen ve dağıtan periyodik yapıya sahip optik bir bileşendir.

Izgara tarafından kırılan ışık, her bir elementten kırılan ışığın toplanmasıyla belirlenir ve esas olarak kırınım ve girişim desenlerinin evrişimidir.

Tanım 1

Işığın kırınımı, engellerin yanından geçerken ışığın doğrusal yayılma yönünden sapması olgusudur.

Klasik fizikte kırınım olgusu, Huygens-Fresnel ilkesine uygun olarak dalga girişimi olarak tanımlanır. Bu karakteristik davranış modelleri, bir dalga, dalga boyuyla karşılaştırılabilecek büyüklükte bir engel veya boşlukla karşılaştığında ortaya çıkar. Benzer etkiler, bir ışık dalgası kırılma indisi değişen bir ortamdan geçtiğinde veya bir ses dalgası akustik empedansı değişen bir ortamdan geçtiğinde ortaya çıkar. Kırınım, ses dalgaları, rüzgar dalgaları ve elektromanyetik dalgaların yanı sıra görünür ışık, X-ışınları ve radyo dalgaları da dahil olmak üzere tüm dalga türlerinde meydana gelir.

Fiziksel nesneler (atom seviyesinde) dalga özelliklerine sahip olduğundan, maddelerde de kırınım meydana gelir ve kuantum mekaniği prensiplerine göre incelenebilir.

Örnekler

Kırınım etkileri günlük yaşamda yaygındır. Kırınımın en çarpıcı örnekleri ışıkla ilişkili olanlardır; örneğin, CD'lerdeki veya DVD'lerdeki yakın aralıklı parçalar bir kırınım ızgarası görevi görür. Atmosferdeki küçük parçacıkların kırılması, güneş veya ay gibi parlak bir ışık kaynağının yakınında görülebilen parlak bir halkayla sonuçlanabilir. Bir lazer ışını optik olarak düzgün olmayan bir yüzeye çarptığında meydana gelen benek de kırınımdır. Tüm bu etkiler ışığın dalga halinde ilerlemesinin bir sonucudur.

Not 1

Kırınım her türlü dalgada meydana gelebilir.

Okyanus dalgaları iskelelerin ve diğer engellerin etrafında dağılır. Ses dalgaları nesnelerin etrafında bükülebilir, böylece birisinin bir ağacın arkasına saklandığında bile seslendiğini duyabilirsiniz.

Hikaye

Işık kırınımının etkileri, Grimaldi zamanında, kırınım terimini de icat eden Francesco Maria tarafından iyi biliniyordu. Grimaldi'nin elde ettiği sonuçlar ölümünden sonra 1665 dolarda yayınlandı. Thomas Young, 1803'te birbirine yakın iki yarıktan gelen girişimi gösteren ünlü bir deney gerçekleştirdi. Elde ettiği sonuçları iki farklı yarıktan çıkan dalgaların girişimiyle açıklayarak ışığın dalga şeklinde ilerlemesi gerektiği sonucuna vardı. Fresnel, 1815 $'da yayınlanan kırınım hakkında daha doğru çalışmalar ve hesaplamalar yaptı. Fresnel, teorisini Christian Huygens tarafından geliştirilen ışığın tanımına dayandırdı ve onu ikincil dalgaların girişimi fikriyle tamamladı. Fresnel'in teorisinin deneysel olarak doğrulanması, ışığın dalga doğasının ana kanıtlarından biri haline geldi. Bu teori artık Huygens-Fresnel ilkesi olarak biliniyor.

Işığın kırınımı

Yarık kırınımı

Işıkla aydınlatılan sonsuz küçük genişliğe sahip uzun bir yarık, ışığı bir dizi dairesel dalga halinde ve yarıktan çıkan ve eşit yoğunlukta silindirik bir dalga olan bir dalga cephesi halinde kırar. Dalga boyundan daha geniş bir yarık, yarıktan çıkan alanda girişim etkisi yaratır. Bunlar, yarığın, sanki yarığın tüm genişliği boyunca eşit olarak dağıtılmış çok sayıda nokta kaynağı varmış gibi davranmasıyla açıklanabilir. Tek bir dalga boyundaki ışığı dikkate alırsak bu sistemin analizi basitleşir. Gelen ışık tutarlı ise bu kaynakların tümü aynı faza sahiptir.

Kırınım ızgarası

Kırınım ızgarası, ışığı farklı yönlerde hareket eden birden fazla ışına bölen ve dağıtan periyodik yapıya sahip optik bir bileşendir.

Izgara tarafından kırılan ışık, her bir elementten kırılan ışığın toplanmasıyla belirlenir ve esas olarak kırınım ve girişim desenlerinin evrişimidir.

Çift yarık kırınımı

Kırınım- dalgalar yayıldığında ortaya çıkan bir olgu (örneğin, ışık ve ses dalgaları). Bu olgunun özü, dalganın engellerin etrafından bükülebilmesidir. Bu durum dalga hareketinin engelin arkasında, dalganın doğrudan ulaşamayacağı bir alanda gözlemlenmesine neden olur. Bu fenomen, opak nesnelerin kenarlarındaki dalgaların girişimi veya dalga yayılma yolu boyunca farklı ortamlar arasındaki homojensizliklerle açıklanmaktadır. Bir örnek, opak bir ekranın kenarından gölge alanında renkli ışık şeritlerinin görünmesi olabilir.

Dalga yolundaki engelin boyutu, uzunluğuyla karşılaştırılabilir veya daha az olduğunda kırınım kendini iyi gösterir.

Akustik kırınım- ses dalgalarının düz çizgi yayılımından sapma.

1. Yarık kırınımı

Bir yarıktan kırınım sırasında ışık ve gölge bölgelerinin oluşum şeması

Bir dalganın yarıklı bir ekrana düşmesi durumunda kırınıma bağlı olarak nüfuz eder, ancak ışınların doğrusal yayılımından bir sapma gözlenir. Ekranın arkasındaki dalgaların müdahalesi, konumu gözlemin yapıldığı yöne, ekrandan uzaklığa vb. bağlı olan karanlık ve aydınlık alanların ortaya çıkmasına neden olur.

2. Doğada ve teknolojide kırınım

Engellerin arkasından bize ulaşan sesleri duyduğumuzda, günlük yaşamda ses dalgalarının kırınımı sıklıkla gözlemlenir. Sudaki küçük engellerin etrafından dolaşan dalgaları gözlemlemek kolaydır.

Kırınım olgusunun bilimsel ve teknik kullanımları çeşitlidir. Kırınım ızgaraları, ışığı bir spektruma bölmek ve aynalar oluşturmak (örneğin yarı iletken lazerler için) için kullanılır. Kristal katıların yapısını incelemek için X-ışını, elektron ve nötron kırınımı kullanılır.

Kırınım süresi, mikroskoplar gibi optik cihazların çözünürlüğüne sınırlamalar getirir. Boyutları görünür ışığın dalga boyundan (400-760 nm) daha küçük olan nesneler optik mikroskopla görüntülenemez. Benzer bir sınırlama, yarı iletken endüstrisinde entegre devre üretiminde yaygın olarak kullanılan litografi yönteminde de mevcuttur. Bu nedenle spektrumun ultraviyole bölgesindeki ışık kaynaklarının kullanılması gerekmektedir.

3. Işığın kırınımı

Işık kırınımı olgusu, ışığın parçacık dalga doğası teorisini açıkça doğrulamaktadır.

Işığın kırınımını gözlemlemek zordur, çünkü dalgalar yalnızca engellerin boyutunun yaklaşık olarak ışığın dalga boyuna eşit olması ve çok küçük olması koşuluyla girişimden gözle görülür açılarda sapar.

İlk kez girişimi keşfeden Young, farklı renkteki ışık ışınlarına karşılık gelen dalga boylarının incelendiği ışığın kırınımı üzerine bir deney gerçekleştirdi. Kırınım çalışması, prensipte ışığın herhangi bir engel etrafında bükülmesi sonucu ortaya çıkan kırınım desenini hesaplamaya izin veren kırınım teorisini oluşturan O. Fresnel'in çalışmalarında tamamlandı. Fresnel, Huygens ilkesini ikincil dalgaların girişimi fikriyle birleştirerek bu başarıya ulaştı. Huygens-Fresnel ilkesi şu şekilde formüle edilir: ikincil dalgaların girişimi nedeniyle kırınım meydana gelir.

Birleşik Devlet Sınavı kodlayıcısının konuları: ışığın kırınımı, kırınım ızgarası.

Dalganın yolunda bir engel belirirse, o zaman kırınım - dalganın doğrusal yayılımdan sapması. Bu sapma, yansımaya veya kırılmaya ve ayrıca ortamın kırılma indisindeki bir değişiklik nedeniyle ışınların yolunun eğriliğine indirgenemez.Kırınım, dalganın engelin kenarı etrafında bükülmesi ve içeri girmesi gerçeğinden oluşur. geometrik gölgenin bölgesi.

Örneğin oldukça dar bir yarığa sahip bir ekranın üzerine bir düzlem dalganın düşmesine izin verin (Şekil 1). Yarıktan çıkışta ıraksak bir dalga belirir ve yarığın genişliği azaldıkça bu ıraksama artar.

Genel olarak kırınım olgusu, engel ne kadar küçük olursa, o kadar net ifade edilir. Kırınım, engelin boyutunun daha küçük olduğu veya dalga boyu mertebesinde olduğu durumlarda en belirgindir. Şekil deki yarık genişliğinin karşılaması gereken tam da bu koşuldur. 1.

Kırınım, girişim gibi, her türlü dalganın (mekanik ve elektromanyetik) karakteristiğidir. Görünür ışık, elektromanyetik dalgaların özel bir durumudur; bu nedenle gözlemlenebilmesi şaşırtıcı değil
ışığın kırınımı.

Yani, Şekil 2'de. Şekil 2'de lazer ışınının 0,2 mm çapındaki küçük bir delikten geçirilmesi sonucu elde edilen kırınım deseni görülmektedir.

Beklendiği gibi merkezi bir parlak nokta görüyoruz; Noktadan çok uzakta karanlık bir alan var - geometrik bir gölge. Ancak merkezi noktanın etrafında - net bir ışık ve gölge sınırı yerine! - değişen açık ve koyu halkalar var. Merkezden uzaklaştıkça ışık halkaları daha az parlak hale gelir; yavaş yavaş gölge bölgeye doğru kaybolurlar.

Bana müdahaleyi hatırlatıyor, değil mi? O da bu; bu halkalar girişim maksimumları ve minimumlarıdır. Buraya hangi dalgalar müdahale ediyor? Yakında bu konuyu ele alacağız ve aynı zamanda kırınımın neden ilk etapta gözlemlendiğini de öğreneceğiz.

Ancak öncelikle, ışığın müdahalesine ilişkin ilk klasik deneyden, kırınım olgusunun önemli ölçüde kullanıldığı Young deneyinden bahsetmeden geçemeyiz.

Jung'un deneyimi.

Işığın girişimiyle ilgili her deney, iki tutarlı ışık dalgası üretmenin bir yöntemini içerir. Fresnel aynaları ile yapılan deneyde, hatırlayacağınız gibi tutarlı kaynaklar, her iki aynada da elde edilen aynı kaynağın iki görüntüsüydü.

Aklıma ilk gelen en basit fikir şu oldu. Bir karton parçasına iki delik açıp onu güneş ışınlarına maruz bırakalım. Bu delikler tutarlı ikincil ışık kaynakları olacak çünkü tek bir birincil kaynak var: Güneş. Sonuç olarak, deliklerden ayrılan ışınların üst üste bindiği alanda ekranda bir girişim deseni görmeliyiz.

Böyle bir deney Jung'dan çok önce İtalyan bilim adamı Francesco Grimaldi (ışığın kırınımını keşfeden kişi) tarafından gerçekleştirilmişti. Ancak herhangi bir müdahale gözlenmedi. Neden? Bu soru çok basit değildir ve nedeni Güneş'in bir nokta değil, geniş bir ışık kaynağı olmasıdır (Güneş'in açısal boyutu 30 yay dakikasıdır). Güneş diski, her biri ekranda kendi girişim desenini üreten birçok nokta kaynağından oluşur. Üst üste binen bu bireysel desenler birbirini "lekeler" ve sonuç olarak ekran, ışınların üst üste geldiği alanın eşit şekilde aydınlatılmasını sağlar.

Ancak Güneş aşırı derecede "büyük" ise, o zaman yapay olarak yaratmak gerekir. leke birincil kaynak. Bu amaçla Young'ın deneyinde küçük bir ön delik kullanıldı (Şekil 3).

Pirinç. 3. Jung'un deneyim diyagramı

İlk deliğe bir düzlem dalga düşer ve deliğin arkasında kırınım nedeniyle genişleyen bir ışık konisi belirir. İki tutarlı ışık konisinin kaynağı haline gelen sonraki iki deliğe ulaşır. Şimdi - birincil kaynağın noktasal yapısı sayesinde - konilerin üst üste geldiği bölgede bir girişim deseni gözlemlenecek!

Thomas Young bu deneyi gerçekleştirdi, girişim saçaklarının genişliğini ölçtü, bir formül çıkardı ve bu formülü kullanarak ilk kez görünür ışığın dalga boylarını hesapladı. Bu deneyin fizik tarihinin en ünlü deneylerinden biri olmasının nedeni budur.

Huygens-Fresnel prensibi.

Huygens ilkesinin formülasyonunu hatırlayalım: Dalga sürecine dahil olan her nokta, ikincil küresel dalgaların kaynağıdır; bu dalgalar belli bir noktadan, sanki bir merkezden geliyormuşçasına, her yöne yayılır ve birbirleriyle örtüşürler.

Ancak doğal bir soru ortaya çıkıyor: "örtüşme" ne anlama geliyor?

Huygens, ilkesini, orijinal dalga yüzeyinin her noktasından genişleyen bir küre ailesinin zarfı olarak yeni bir dalga yüzeyi oluşturmanın tamamen geometrik bir yöntemine indirgedi. İkincil Huygens dalgaları gerçek dalgalar değil, matematiksel kürelerdir; bunların toplam etkisi yalnızca zarf üzerinde, yani dalga yüzeyinin yeni konumunda kendini gösterir.

Bu haliyle Huygens ilkesi, bir dalganın yayılması sırasında neden ters yönde hareket eden bir dalganın ortaya çıkmadığı sorusuna cevap veremiyordu. Kırınım fenomeni de açıklanamadı.

Huygens prensibindeki değişiklik yalnızca 137 yıl sonra gerçekleşti. Augustin Fresnel, Huygens'in yardımcı geometrik kürelerini gerçek dalgalarla değiştirdi ve bu dalgaların müdahale etmek birlikte.

Huygens-Fresnel prensibi. Dalga yüzeyinin her noktası ikincil küresel dalgaların kaynağı olarak hizmet eder. Tüm bu ikincil dalgalar, birincil kaynaktan gelen ortak kökenleri nedeniyle tutarlıdır (ve dolayısıyla birbirlerine müdahale edebilirler); çevredeki uzaydaki dalga süreci ikincil dalgaların girişiminin sonucudur.

Fresnel'in fikri Huygens'in ilkesini fiziksel anlamla doldurdu. Müdahale eden ikincil dalgalar, dalga yüzeylerinin zarfı üzerinde “ileri” yönde birbirlerini güçlendirerek dalganın daha fazla yayılmasını sağlar. Ve “geri” yönde orijinal dalgaya müdahale ederler, karşılıklı iptal gözlenir ve geriye doğru bir dalga oluşmaz.

Özellikle ışık, ikincil dalgaların karşılıklı olarak güçlendirildiği yerde yayılır. İkincil dalgaların zayıfladığı yerlerde ise uzayın karanlık alanlarını göreceğiz.

Huygens-Fresnel prensibi önemli bir fiziksel fikri ifade eder: Kaynağından uzaklaşan bir dalga, daha sonra "kendi hayatını yaşar" ve artık bu kaynağa bağlı değildir. Uzayda yeni alanlar yakalayan dalga, ilerledikçe uzayın farklı noktalarında uyarılan ikincil dalgaların girişimi nedeniyle giderek daha da yayılır.

Huygens-Fresnel ilkesi kırınım olayını nasıl açıklıyor? Örneğin kırınım neden bir delikte meydana gelir? Gerçek şu ki, gelen dalganın sonsuz düz dalga yüzeyinden, ekran deliği yalnızca küçük bir ışıklı diski keser ve sonraki ışık alanı, tüm düzlemde bulunmayan ikincil kaynaklardan gelen dalgaların müdahalesi sonucu elde edilir. , ancak yalnızca bu diskte. Doğal olarak yeni dalganın yüzeyleri artık düz olmayacak; ışınların yolu bükülür ve dalga, orijinaliyle örtüşmeyen farklı yönlerde yayılmaya başlar. Dalga deliğin kenarlarından geçerek geometrik gölge alanına nüfuz eder.

Kesilen ışık diskinin farklı noktalarından yayılan ikincil dalgalar birbirine müdahale eder. Girişimin sonucu ikincil dalgaların faz farkıyla belirlenir ve ışınların sapma açısına bağlıdır. Sonuç olarak, Şekil 2'de gördüğümüz gibi, girişimin maksimum ve minimumları arasında bir değişim meydana gelir. 2.

Fresnel, yalnızca Huygens ilkesini ikincil dalgaların tutarlılığı ve girişimi fikriyle desteklemekle kalmadı, aynı zamanda kırınım problemlerini çözmek için sözde dalgaların inşasına dayanan ünlü yöntemini de ortaya çıkardı. Fresnel bölgeleri. Fresnel bölgelerinin incelenmesi okul müfredatına dahil değildir - bunları bir üniversite fizik dersinde öğreneceksiniz. Burada sadece Fresnel'in teorisi çerçevesinde geometrik optiğin ilk yasamız olan ışığın doğrusal yayılımı yasasına bir açıklama getirmeyi başardığından bahsedeceğiz.

Kırınım ızgarası.

Kırınım ızgarası, ışığı spektral bileşenlere ayırmanıza ve dalga boylarını ölçmenize olanak tanıyan optik bir cihazdır. Kırınım ızgaraları şeffaf ve yansıtıcıdır.

Şeffaf bir kırınım ızgarasını ele alacağız. Genişlik aralıklarıyla ayrılmış çok sayıda genişlikteki yuvadan oluşur (Şekil 4). Işık yalnızca yarıklardan geçer; boşluklar ışığın geçmesine izin vermez. Bu miktara kafes periyodu denir.

Pirinç. 4. Kırınım ızgarası

Kırınım ızgarası, camın veya şeffaf filmin yüzeyine çizgiler uygulayan, bölme makinesi adı verilen bir makine kullanılarak yapılır. Bu durumda vuruşlar opak alanlar haline gelir ve el değmemiş yerler çatlak görevi görür. Örneğin, bir kırınım ızgarası milimetre başına 100 çizgi içeriyorsa, bu tür bir ızgaranın periyodu şuna eşit olacaktır: d = 0,01 mm = 10 mikron.

Öncelikle monokromatik ışığın, yani kesin olarak tanımlanmış bir dalga boyuna sahip ışığın ızgaradan nasıl geçtiğine bakacağız. Monokromatik ışığın mükemmel bir örneği, dalga boyu yaklaşık 0,65 mikron olan bir lazer işaretleyicinin ışınıdır.

İncirde. Şekil 5'te böyle bir ışının standart kırınım ızgaralarından birinin üzerine düştüğünü görüyoruz. Izgara yarıkları dikey olarak yerleştirilmiştir ve ızgaranın arkasındaki ekranda belirli aralıklarla dikey şeritler görülmektedir.

Zaten anladığınız gibi bu bir girişim modelidir. Bir kırınım ızgarası, gelen dalgayı her yöne yayılan ve birbirine müdahale eden birçok uyumlu ışına böler. Bu nedenle, ekranda maksimum ve minimum girişim - açık ve koyu şeritlerin bir dönüşümünü görüyoruz.

Kırınım ızgaraları teorisi çok karmaşıktır ve bütünüyle okul müfredatının kapsamının çok ötesindedir. Tek bir formülle ilgili yalnızca en temel şeyleri bilmelisiniz; bu formül, kırınım ızgarasının arkasındaki ekranın maksimum aydınlatmasının konumlarını açıklar.

Öyleyse, düz bir monokromatik dalganın bir periyotlu bir kırınım ızgarasının üzerine düşmesine izin verin (Şekil 6). Dalga boyu .

Pirinç. 6. Izgara yoluyla kırınım

Girişim desenini daha net hale getirmek için ızgara ile ekran arasına bir mercek yerleştirebilir ve ekranı merceğin odak düzlemine yerleştirebilirsiniz. Daha sonra farklı yarıklardan paralel olarak ilerleyen ikincil dalgalar ekranın bir noktasında (merceğin yan odağı) birleşecektir. Ekran yeterince uzağa yerleştirilmişse, merceğe özel bir ihtiyaç yoktur - ekranın belirli bir noktasına çeşitli yarıklardan gelen ışınlar zaten birbirine neredeyse paralel olacaktır.

Bir açı kadar sapan ikincil dalgaları ele alalım: Bitişik yarıklardan gelen iki dalga arasındaki yol farkı, hipotenüslü bir dik üçgenin küçük bacağına eşittir; ya da aynı şey, bu yol farkı üçgenin bacağına eşittir. Ancak kenarları birbirine dik olan dar açılar olduğundan açı açıya eşittir. Dolayısıyla yol farkımız eşittir.

Yol farkının tam sayıda dalga boyuna eşit olduğu durumlarda girişim maksimumları gözlemlenir:

(1)

Bu koşul karşılanırsa, farklı yarıklardan bir noktaya gelen tüm dalgalar aynı fazda toplanacak ve birbirini güçlendirecektir. Bu durumda, farklı ışınların mercekten farklı yollardan geçmesine rağmen mercek ek bir yol farkı yaratmaz. Bu neden oluyor? Tartışma fizikteki Birleşik Devlet Sınavının kapsamının ötesine geçtiği için bu konuya girmeyeceğiz.

Formül (1), maksimumlara doğru yönleri belirten açıları bulmanızı sağlar:

. (2)

Onu aldığımızda merkezi maksimum, veya sıfır sipariş maksimum.Sapma olmadan ilerleyen tüm ikincil dalgaların yollarındaki fark sıfıra eşittir ve merkezi maksimumda bunların toplamı sıfır faz kayması ile tamamlanır. Merkezi maksimum, maksimumların en parlak olanı olan kırınım modelinin merkezidir. Ekrandaki kırınım deseni merkezi maksimuma göre simetriktir.

Açıyı bulduğumuzda:

Bu açı yönleri belirler. birinci dereceden maksimum. Bunlardan iki tane var ve merkezi maksimuma göre simetrik olarak yerleştirilmişler. Birinci dereceden maksimumlardaki parlaklık, merkezi maksimumdakinden biraz daha azdır.

Benzer şekilde şu açıya da sahibiz:

Yönerge veriyor ikinci dereceden maksimum. Bunlardan iki tane var ve bunlar da merkezi maksimuma göre simetrik olarak yerleştirilmişler. İkinci derece maksimumlardaki parlaklık, birinci derece maksimumlardan biraz daha azdır.

İlk iki mertebenin maksimumlarına doğru yönlerin yaklaşık bir resmi Şekil 2'de gösterilmektedir. 7.

Pirinç. 7. İlk iki derecenin maksimumları

Genel olarak iki simetrik maksimum k-sıra açıya göre belirlenir:

. (3)

Küçük olduğunda karşılık gelen açılar genellikle küçüktür. Örneğin, μm ve μm'de birinci dereceden maksimumlar bir açıyla yerleştirilmiştir. k-Büyümeyle birlikte düzen giderek azalır k. Kaç tane maksimum görebiliyorsun? Bu soruyu formül (2) kullanarak cevaplamak kolaydır. Sonuçta sinüs birden büyük olamaz, bu nedenle:

Yukarıdakiyle aynı sayısal verileri kullanarak şunu elde ederiz: . Bu nedenle, belirli bir kafes için mümkün olan en yüksek maksimum sıra 15'tir.

Şekil 2'ye tekrar bakın. 5. Ekranda 11 maksimumu görebiliyoruz. Bu, merkezi maksimumun yanı sıra birinci, ikinci, üçüncü, dördüncü ve beşinci derecelerin iki maksimumudur.

Kırınım ızgarası kullanarak bilinmeyen bir dalga boyunu ölçebilirsiniz. Izgaraya bir ışık huzmesi yönlendiriyoruz (periyodunu bildiğimiz), ilkinin maksimumundaki açıyı ölçüyoruz
sırayla, formül (1)'i kullanırız ve şunu elde ederiz:

Spektral bir cihaz olarak kırınım ızgarası.

Yukarıda bir lazer ışını olan monokromatik ışığın kırınımını ele aldık. Çoğu zaman uğraşmak zorundasın tek renkli olmayan radyasyon. Çeşitli monokromatik dalgaların bir karışımıdır. menzil bu radyasyonun. Örneğin beyaz ışık, kırmızıdan mora kadar görünür aralıktaki dalgaların bir karışımıdır.

Optik cihaz denir spektral Işığı tek renkli bileşenlere ayırmanıza ve böylece radyasyonun spektral bileşimini incelemenize izin veriyorsa. En basit spektral cihaz sizin tarafınızdan iyi bilinmektedir - bu bir cam prizmadır. Spektral cihazlar ayrıca bir kırınım ızgarası içerir.

Beyaz ışığın bir kırınım ızgarasına düştüğünü varsayalım. Formül (2)'ye dönelim ve bundan ne gibi sonuçlar çıkarılabileceğini düşünelim.

Merkezi maksimumun () konumu dalga boyuna bağlı değildir. Kırınım deseninin merkezinde sıfır yol farkıyla birleşecekler Tüm Beyaz ışığın monokromatik bileşenleri. Bu nedenle merkezi maksimumda parlak beyaz bir şerit göreceğiz.

Ancak maksimum mertebenin konumları dalga boyu tarafından belirlenir. Verilen bir açı ne kadar küçük olursa, açı da o kadar küçük olur. Bu nedenle maksimum kÜçüncü dereceden monokromatik dalgalar uzayda ayrılır: mor şerit merkezi maksimuma en yakın olacak, kırmızı şerit ise en uzak olacaktır.

Sonuç olarak, her sırada beyaz ışık bir kafes tarafından bir spektrum halinde düzenlenir.
Tüm monokromatik bileşenlerin birinci dereceden maksimumları birinci dereceden bir spektrum oluşturur; daha sonra ikinci, üçüncü ve benzeri siparişlerin spektrumları vardır. Her düzenin spektrumu, mordan kırmızıya kadar gökkuşağının tüm renklerinin mevcut olduğu bir renk bandı biçimindedir.

Beyaz ışığın kırınımı Şekil 2'de gösterilmektedir. 8. Merkezi maksimumda beyaz bir şerit görüyoruz ve yanlarda birinci dereceden iki spektrum var. Sapma açısı arttıkça şeritlerin rengi mordan kırmızıya doğru değişir.

Ancak bir kırınım ızgarası yalnızca spektrumların gözlemlenmesine, yani radyasyonun spektral bileşiminin niteliksel bir analizinin yapılmasına izin vermekle kalmaz. Kırınım ızgarasının en önemli avantajı niceliksel analiz olanağıdır - yukarıda belirtildiği gibi, onun yardımıyla şunları yapabiliriz: ölçmek dalga boyları. Bu durumda ölçüm prosedürü çok basittir: aslında yön açısının maksimumda ölçülmesine gelir.

Doğada bulunan kırınım ızgaralarının doğal örnekleri kuş tüyleri, kelebek kanatları ve deniz kabuğunun sedef yüzeyidir. Güneş ışığına gözlerinizi kısarak baktığınızda kirpiklerin çevresinde gökkuşağı rengi görebilirsiniz.Bu durumda kirpiklerimiz Şekil 2'deki şeffaf bir kırınım ızgarası gibi davranır. 6 ve lens, kornea ve lensin optik sistemidir.

Kırınım ızgarası tarafından verilen beyaz ışığın spektral ayrışımı, en kolay şekilde sıradan bir kompakt diske bakılarak gözlemlenir (Şekil 9). Diskin yüzeyindeki izlerin yansıtıcı bir kırınım ızgarası oluşturduğu ortaya çıktı!