Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 66
Текст из файла (страница 66)
д., то при помощи дифракционной решетки можно более или менее полно разделить зги длины волн. Чем больше общий размер решетки, т. е, чем больше полосок опа содержит, тем выше к а ч е с т в о р е ш е т к и: увеличение числа полосок увеличивает количество пропускаемого решеткой света (максимумы становятся ярче) и улучшает разделение излучений близких длин волн (максимумы становятся резче). Зная период дифракциониой решетки, можно ее использовать для определения длины световой волны, измерив угол ~р, определяющий положение максимума данного порядка.
В таком случае из соотношения с( з!п тр = и). найдем о 5!и Ч) (136,1) Измерение длины световой волны при помощи дифракционных решеток принадлежит к числу наиболее точных. й 137. Изготовление дифрвкционных решеток. Хорошая дифракционная решетка должна обладать малым периодом н большим числом поло. сок. В современных хороших решетках число зто превышает 100 000 (ширина решетки до 100 мм, число полосок до 1200 на 1 мм). Полоски должны бйть с т р о г о и а р а л л е л ь н ы и и между собой, и ширина полосок каждого сорта (прозрачных и непрозрачных) строго одинакова (равенство ширины прозрачной н непрозрачной полосок нс обяза.
тельно). Существенно, чтобы период решетки и был постоянен. Хорошие решетки получают, проводя тонким резцом параллельные штрихи на поверхности металлического зеркала (отражательной решет- ки), причем штрихи, разбрасывающие свет во все стороны, играют роль темных полосок, а нетронутые места зеркала — роль светлых. Для изготовления решетки, работающей на пропускание, можно прочертить штрихи на поверхности стеклянной пластинки "). Для изготовления решетки требуется первоклассная делительная машкна. В настоящее время широкое применение находят дифракционные решетки, полученные и результате регистрации на специальных фотопластинках интерференционной картины, возникающей при интерференции двух плоских монохроматнческнх световых волн, падшощнх под разными углами на плос.
кость фсггопластикки, й !38. Дифракция при косом падении света на решетку. На рис. 280 изображена днфракшш параллельного пучка лучей (плоская волна) в случае, когда падающий пучок перпендикулярен к плоскости решетки (угол падения равен нулю). Днфракция, коне пю, будет наблюдаться н при косом падении света, когда угол падения ранен ц. Рис. 282. Схехгатическое изображение дифракцин прн косом падении светового пучка на решетку: 50 — направление первичного пучка, и — угол падения, )ггт — днфракцнопная решетка, )Ыгг' — проекция гу(г яа направление, перпендикулярное к первичному пучку, 05а— направление яа нулевой максимум, 05т и 05, — направления на максимумы первого порядка, 05з н 05з — направления на максимумы второго порядка и т. д.
В этом случае дифракцня прогшходпт так, как если бы ваша решетка была заменена другой, представляющей ее проекцию иа направление, перпендикулярное к падающим лучам (рис. 282). Нулевов максимум будет, следовательно, лежать ва продолжении первичного пучка, а пе. *) Так как прн прочерчиванин штрихов по стеклу нлн металлу резец тупится, и поэтому трудно обеспечигь равенство ширины штрихов, то хорошие решетки на стекле изготовляю;ся редко. Прозрачные решетки изготовляюг в анде огпечатков из специальных пластичных материалов с металлической (отражательной) решетки, Такие решетки (так называемые реплики) относительно недороги, 347 риодом будет служить величина г('=г(соз сг. В тех случаях, когда сс близ.
ко к 90' (скользящее падение), период, определяющий дифракционную нартину, может быть гораздо меньше, чем период действительной решетки. Благодаря этому можно наблюдать дифракцию света на очень тру. бой решетке. Взяв, например, металлическую линейку с миллиметровыми делениями и расположив се весьма наклонно к лучам, идущим от волоска удаленной лампы накаливания (волосок должен располагаться лорал. лельно штрихам решетки, играя роль освещенкой щели), можно легко наблюдать дифракционные спектры разных порядков.
Меняя поворотом линейки угол падения, можно видеть, как растягиваются спектры и уве. личивается расстояние между порядками (т. е. уменьшается период) по мере приближенна угла падения к 90'. Пользуясь косым падением, можно наблюдать с помощью обычной дифракционной решетки дифракцию рентгеновских лучей, длина волны которых в десятки тысяч раз меньше, чем световых. Так, поставив решетку с периодом ! мкм под углом сг=йУ'59'40",.мы получим карпо ну, соответствующую решетке с периодом около ! А, и можем изучать дифракцию рентгеновских лучей, длина волны которых составляет долю ангстрема *).
Этот метод наблюдения дал возможность весьма точного определения длины волны рентгеновских лучей. ч) Напоминаем, что ! А=)0 "г' м=б,! нм. Г л а в а ХЧ. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ОПТИЧЕСКОЙ ГОЛОГРАФИИ В настоящей главе мы рассмотрим бурно развивающийся в настоящее время метод получения обвезщых изображений различных предметов, который имеет многочисленные научные и технические применения.
Этот метод, называемый оптической голографией, основывается на явлениях интерференции и дифракции света, которые были изложены в предыдущих главах. 9 139. Фотография и голография. Для получения фотографии какого-либо несамосветящегося объекта его освещают и, используя оптическую систему (объектив, сферическое зеркало), формируют действительное изображение предмета на фотопластинке (пленке), которую затем проявляют и фиксируют. Техника фотографирования достигла высокого уровня, и научное и практическое значение фотографии в настоящее время огромно. Нет сомнения в том, что она сохранит свое значение и в будущем как превосходное я простое средство регистрации важнейшей информации, доступной оптическим методам наблюдения. Однако, несмотря на высокое развитие инструментальной оптики и фотографической техники, возможности фотографии в некоторых отношениях ограничены.
Рассмотрим вкратце ограничения, присущие этому традиционному методу записи оптической информации. 1. Для получения изображения объекта на экране или на фотопластинке необходима оптическая система. 2. Оптическая система формирует изображение трехмерного объекта на плоском экране или фотопластинке, причем в оптимальных условиях при этом находятся только те точки объекта, которые лежат в одной определенной плоскости, перпендикулярной к оптической оси системы.
3. Полученное на экране или фотопластинке изображение не дает возможности обозреть объект с различных сто- 349 рон, как это происходит прн непосредственном его наблюдении. Другими словамн, прн фотографической регистрации утрачивается объемность объекта. 4. На каждом участке поверхности фотопластинки фиксируется информация лишь об определенной детали объекта, поэтому с помощью части негатива нельзя наблюдать полное изображение предмета. 5. На одном негативе нецелесообразно фиксировать изображения нескольких объектов, если этн изображения перекрываются; информация об одном объекте помешает восприятию информации о другом объекте.
Рассмотрим теперь с более общей точки зрения, в какой мере фотография позволяет использовать информацию об объекте, которую переносит отраженное нм электромапштное поле. Оптическое изображение на экране пли на фотопластинке создается неравномерной освещенностью цх поверхности отраженным от объекта светом. Освещенность измеряется энергией света, которая падает в единицу времени на единицу площади.
При этом в связи с высокой частотой колебаний оптического электромагнитного излучения она определяется средним по времени значением потока энергии. Среднее значение потока энергии зависит, в свою очередь, от амплитуды электрического Е и магнитного В векторов светового поля у поверхности каждого участка изображения, но не зависит от начальной фазы колебаний поля на этом участке. Так, например, два участка изображения будут одинаково освещены, если амплитуды векторов Е и В вблизи них соответственно одинаковы, но фазы их колебаний различны. Очевидно, что фотографическая регистрация распределения освещенности в плоскости изображения не позволяет учесть распределение фаз колебаний в этой плоскости.
В самом деле, почерненне фотографического негатива обусловливается лишь поглощенной им энергией, а последняя зависит от освещенности негатива и времени экспозиции. Прежде чем перейти к изложению принципов голографии, поясним некоторые термины, которгями мы будем пользоваться в дальнейшем. Световая волна называется монохрояштической, если она содержит излучение строго определенной длины волны. Реальные источники света, конечно, не обладают таким свойством, но если интервал длин волн нх излучения мал, то такую волну мы тоже будем называть монохроматической.
Если разность фаз двух волн, приходящих и одну точку пространства, не изменяется с течением времени, то эти волны обладают временной квгереншносшью и способны образовать устойчивую питерференционную картину. Световой пучок называется проспгранственно ногерентным, когда разность фаз в двух точках плоскости, перпендикулярной к направлению его распространения, остается постоянной. Если объект наблюдения освещен немонохроматическим и пространственно некогерентным светом, то фазы волн, отраженных объектом, распределяются по плоскости изображения хаотически (и в пространстве и во времени) и никакой дополнительной информации об объекте дать не могут.
Иначе обстоит дело, когда объект наблюдения освещен монохроматическим и пространсзвеино когерентиым световым пучком. В этом случае распределение фаз световых волн, отраженных от объекта, происходит по определенным законам и содержит информацию о нем, дополняющую ту, которуто несут амплитуды волн. Например, фазы волн, отраженных далекими участками объекта наблюдения, будут запаздывать и име|ь другое распределение в плоскости изображения по сравненшо с фазами волн, отраженных блпзкимя к оптической системе его точками.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
