Вторая характеристика дифракционной решетки — разрешающая способность. В спектральных приборах высокого класса вместо призм применяются дифракционные решетки. В тех точках экрана, для которых это условие выполнено, располагаются так называемые главные максимумы дифракционной картины.

В качестве дифракционной решетки может быть использован кусочек компакт-диска или даже осколок граммофонной пластинки. Здесь d – период решетки, m – целое число, которое называется порядком дифракционного максимума. Если в спектре исследуемого излучения имеются две спектральные линии с длинами волн λ1 и λ2, то решетка в каждом спектральном порядке (кроме m = 0) может отделить одну волну от другой.

§ 124. Дифракция от щелей. Дифракционные спектры. Дифракционная решетка. О рассеянии света в мутной среде

Так выглядит свет лампы накаливания фонарика, прошедший через прозрачную дифракционную решётку. В силу дисперсии решётки в первом (m=±1) максимуме можно наблюдать разложение света в спектр. Область дифракции, которая расположена недалеко от объекта, на котором происходит дифракция, называется ближней зоной дифракции или областью дифракции Френеля.

В дифракционных задачах, использующих подходы Френеля нельзя пренебрегать кривизной поверхности волны, которая падает на препятствие (отверстие) и волны после дифракции. Данную формулу часто используют, отбрасывая множитель $\frac{k}{2\pi i}\frac{e^{ikl}}{l}$, так как он не влияет на относительное распределение интенсивностей в дифракционной картине.

Дифракционную картину наблюдают в фокальной плоскости линзы, которая размещается на пути света совершившего дифракцию или используют зрительную трубу, которую устанавливают на бесконечность. Картина дифракции является дифракционным изображением источника света. Этот вид дифракции рассчитывают, используя аналитические методы.

Допустим, что точка наблюдения находится также на оси. В том случае, если в отверстии укладывается часть первой зоны Френеля, то такая дифракция является фраунгоферовой.

В лабораторной практике дифракционную картину получают обычно от узких светящихся щелей. Поэтому случаи дифракции света от одной, от двух и от многих параллельных щелей мы рассмотрим более подробно.

В результате через пройдет темная полоса — дифракционный минимум. Таким образом, дифракционная картина, получаемая от одной щели, представляет собой чередование темных и светлых полос, симметрично расположенных по обе стороны от центральной светлой полосы. Совокупность большого числа узких параллельных щелей, расположенных близко друг от друга, называется дифракционной решеткой, а расстояние между соседними щелями — периодом решетки (рис. 330, схема).

Рентгеновский микроскоп взорвал лазером объекты наблюдения

Свет от источника проходит через узкую щель коллиматора 3 и падает на решетку. Поворачивая зрительную трубу 4, набодят ее визир на исследуемую линию дифракционного спектра. Вверху: снимок дифракционной картины, отражающий структуру микроскопического объекта. Внизу: тот же объект, но отснятый с опозданием, то есть уже взорванный лазером — дифракционная картина совсем иная (фотографии H. N. Chapman). Однако до того, как объект разлетался облачком плазмы, учёные ухитрялись зафиксировать дифракционную картину, по которой можно было точно восстановить «портрет» образца и его структуру.

Идеи, лежащие в основе микроскопа, можно использовать для создания электронных и оптических дифракционных микроскопов. Ученые считают, что рентгеновский микроскоп найдет широкое применение в биологии и нанотехнологиях. Разрешение дифракционной картины (дифракционная ошибка) зависит от апертуры падающего электронного пучка (угла сходимости пучка на объекте). Наблюдаемая картина дифракционных рефлексов (рис.4.10) является результатом интерференции пучков электронов, дифрагировавших на атомах поверхности.

К формулам для двумерной решетки (4.9) должны быть добавлены соотношения, учитывающие интерференцию в этой области. Приступая к рассмотрению проблем дифракции, постараемся сперва составить себе некоторые общие качественные представления о картине дифракционных явлений.

Белый свет имеет непрерывный спектр, излучение источников, в которых свет испускается атомами вещества, имеет дискретный спектр. Приборы, с помощью которых исследуются спектры излучения источников, называются спектральными приборами.

Щель S, на которую падает исследуемое излучение, находится в фокальной плоскости линзы Л1. Эта часть прибора называется коллиматором. В фокальной плоскости линзы Л2 располагается экран или фотопластинка, на которой фокусируется излучение. Решетки представляют собой периодические структуры, выгравированные специальной делительной машиной на поверхности стеклянной или металлической пластинки (рис. 3.10.2).

При этом общая длина решетки достигает 10–15 см. Изготовление таких решеток требует применения самых высоких технологий. На практике применяются также и более грубые решетки с 50 – 100 штрихами на миллиметр, нанесенными на поверхность прозрачной пленки. Следует обратить внимание на то, что в каждой точке фокальной плоскости линзы происходит интерференция N волн, приходящих в эту точку от N щелей решетки.

Распределение световой энергии в плоскости наблюдения резко отличается от того, которое получается в обычных «двухлучевых» интерференционных схемах. Nd – полный размер решетки. Пусть решетка имеет период d = 10–3 мм, ее длина L = 10 см. Тогда, N = 105 (это хорошая решетка). Нулевой максимум (m=0) соответствует свету, прошедшему сквозь решётку без отклонений.

Так же существует еще одна характеристика Дифракционной решетки — Дисперсионная область. Одной из характеристик дифракционной решётки является угловая дисперсия. В этом случае можно получить полную картину дифракционного поля на любом расстоянии от экрана.