회절과 회절 격자 란 무엇입니까?

회절은 장애물 주위의 파도 굽힘입니다. 회절 격자는 특정 패턴에서 파도를 회절하는 많은 슬릿이있는 장애물입니다.

회절은 간섭 및 편광과 함께 빛의 파동 특성에 대한 논란의 여지가없는 증거입니다. 경로가 장애물에 의해 방해되는 경우에도 소스에 의해 빛을 방사하는 것은 회절이다. 물과 같은 빛은 장애물 주위에 흐르고 눈에 닿습니다. 회절은 우리가 곡선 너머에 위치한 소스를 감지 할 수있는 이유 또는 구름의 가장자리가 태양을 가리는 모호한 이유를 여전히 빛나고 우리가 Silver Lining이라고 부르는 것을 강조하는 이유입니다. .

이제 Huygens의 원칙에 따라 가장자리 사이의 모든 지점은 파도의 원천입니다. 위에서 연구 된 간섭 패턴은 두 가지 다른 의 간섭으로 인해 형성됩니다. 두 개의 다른 에서 나오는 파도 슬릿, 회절 패턴은 다른 의 간섭으로 인해 형성됩니다. 싱글 에서 나오는 파도 원천. 이것이 어떻게 가능합니까?

이 지점 소스에서 나오는 2 차파는 슬릿 주위를 구부릴 때 서로를 방해합니다. 굽힘으로 인해 파도가 다른 파도보다 더 먼 거리를 이동하기 때문입니다. 평행 광선이 각도 α에서 슬릿에서 구부러진다 고 가정 해 봅시다.

이제 두 파가 구부릴 때 α의 값이 존재합니다. 이 두 파도는 서로를 부정하거나 파괴적으로 방해하여 최소 어둠의 지역. 여기서, 한 파도의 피크는 다른 파도의 계곡에 겹쳐져 있습니다.

또한 두 파가 구부러지면 서로 위상으로 렌더링되는 α의 값도 존재합니다. 이 두 파도는 건설적으로 추가하거나 방해하여 최대 을 생산합니다. - 밝기의 영역. 여기서, 한 파의 피크는 다른 파의 피크에 겹쳐집니다. 슬릿이 빛의 파장보다 넓을 때 왜 패턴이 대담한 밝은 지점인지는 분명합니다. 빛이 단순히 넓은 슬릿을 통해 떨어지면 단일 파도가 구부러집니다. 그들은 모두 입니다 비 분류되지 않으므로 같은 단계에 존재합니다. 그들은 모두 앞서 화면에 건설적으로 방해합니다.

회절 패턴은 다음과 같이 보이는 최대 값과 최소값의 대체 패턴입니다.

회절 패턴.

양쪽에 같은 길이에 걸쳐 축의 중앙에있는 지점이 가장 밝습니다. 이것이 중심 최대 값입니다. 그것은 1 차 최소값으로 양쪽에 측면에 있으며, 1 차 최대 값 뒤에, 2 차 최소값 등이 뒤 따릅니다. 불균형은 인간의 눈에 눈에 띄지 않더라도 중심 최대에서 멀어지면서 최대의 강도가 감소합니다. 최대 또는 최소값이 분리되는 거리를 결정하는 것은 무엇입니까? 그리고 패턴의 강도를 결정하는 것은 무엇입니까? 알아 봅시다.

분리의 거리

위의 파도의 편향을 보여 주면서 다이어그램을 다시 그리기합시다. 축의 중심에 도달하려면 슬릿의 중심에서 등거리가 등거리로 생성 된 파도 (예 :첫 번째 및 마지막 지점)는 같은 거리를 이동해야합니다. 즉, 그러한 파도는 위상에 있습니다. 이것이 중심 최대 값이 밝은 이유입니다. 이는 동일한 거리를 이동하여 위상이되어 건설적으로 방해하는 파도에 의해 형성됩니다.

이제 중앙에서 등거리가 아닌 파도 (예 :첫 번째 지점과 슬릿 중심 바로 아래에있는 포인트)가 스크린으로의 여정에서 같은 거리를 이동하지 마십시오. 한 사람은 다이어그램에서 한 쌍의 파도가 빛의 파장의 절반 씩 뒤떨어 질 때 위상이 없음을 알 수 있습니다. 그런 다음 파도는 파괴적으로 방해하여 최소값을 생성합니다. 이것은 또한 두 번째 지점과 중앙 바로 아래의 지점에서도 마찬가지입니다. 패턴을 분별할 수 있습니다 - 최소가 생성되는 각도.

dsin n =1,2,3… 의 경우 (α) =± nλ

슬릿과 화면은 거리 d 로 분리됩니다. , 그 크기는 슬릿의 빈약 한 너비에 비해 엄청납니다. 스크린에서 첫 번째 최소값을 생성하는 두파 사이에 그려진 각도는 β입니다. 첫 번째 최소값은 축에서 거리 y (1)에 위치합니다. 그것을 관찰하십시오 :

tan (β) = y (1)/d

그러나 각도 β는 너무 작아서 cos 을 쓰는 것이 공정합니다. (β) ≈ 1, 예, tan (β) ≈ sin (β). 실제로, 그것은 so 입니다 작은 sin (α) ≈ sin (β) , α ≈ β.

그 사실을 기억하십시오 (첫 번째 최소) :

sin (α) = λ/d

따라서

y (1)/d =λ/d

또는,

y (n) =n λd/d

스크린 거리 d 인 경우 및 파장 y 일정하고 거리 y 입니다 슬릿이 좁아지면서 증가하거나 패턴이 넓어집니다. 이것이 슬릿이 좁아지면 빛이 화려하게 회절됩니다.

이제 우리는 프린지가 분리되는 거리를 결정하는 것을 발견 했으므로 두 번째 질문을 할 수 있습니다. 왜 중앙 최대 값이 가장 밝고, 하위 최대 값이 점점 더 어두워 지는가?

강도

회절 패턴에서 최대의 강도는 다음과 같이 표현됩니다.

여기, i0 빛의 진폭의 제곱에 비례하는 값을 가진 상수입니다.

sin 의 가치 (α) 최소값은 ± nλ/d입니다. 우리가 이것을 표현으로 대체 할 때, 우리는 분자가 sin (nπ) 로 축소된다는 것을 알게됩니다. , 이것은 우리가 기대했던 것과 동일합니다. 이제 sin 의 가치 (α) 최대의 경우 ± (n+1/2) λ/d와 같습니다. 이는 파도가 건설적으로 방해하는 파도가 파도가 파괴적으로 방해하는 것과 같은 거리를 이동하기 때문입니다. 그러나 다이어그램에서 추론 할 수있는대로 추가 0.5 λ/d를 이동합니다. 기본적으로, 그것들은 최소값 사이의 약 절반에 불과합니다.

중심 최대 α의 값은 0입니다. 우리는 다음 방식으로 강도를 계산합니다. α가 0에 접근함에 따라 sin { πdsin 도 다릅니다 (α) /λ}. 전체 표현에 한계를 적용하면 강도 i i0 과 같습니다 . 이것은 최대 강도이며 α =0, 일 때 달성됩니다. 또는 중앙 최대 값

첫 번째 또는 나머지 최대 값의 강도를 계산하려면 표현을 대체합니다. sin (α) = (n+1/2) λ/d, n 의 값 계산하려는 강도의 최대 순서입니다. 우리는 1 차 최대의 강도가 4 i0 와 같습니다. /9 π2 , 또는 0.045 i0 . 이것은 크기가 크지 만 인간의 눈에는 눈에 띄지 않습니다.

변두리가 점점 더 어두워지는 이유는 순서가 증가함에 따라 분모의 크기도 증가하기 때문입니다. 이 추세는 우리가 중앙 최대 값에서 더 나아가면서 강도가 감소하도록 보장합니다. 이것은 전형적인 회절 패턴의 대칭, 감쇠 강도의 그래픽 표현입니다.

회절 격자 란 무엇입니까?

마지막으로, 이러한 대칭 패턴은 빛이 단색이고 일관성이있을 때 생성됩니다. 엄청난 불일치를 나타내는 파장의 메들리 인 백색광이 회절 될 때, 생성 된 패턴은 심하게 변형됩니다. 이것은 CD에서 모호하고 흐릿한 무지개로 분명합니다.

(사진 크레디트 :pxhere)

CD는 매우 얇고 똑같이 먼 평행 와이어로 구성됩니다. 그것이 조명되면, 갭은 슬릿 역할을합니다. 모든 슬릿의 너비는 빛의 파장보다 훨씬 작고 비슷하므로 모든 슬릿은 자연스럽게 빛을 회절합니다. 광학 분야에서, 이러한 일련의 극도로 얇고 똑같이 먼 평행 와이어를 회절 격자라고합니다.

규칙은 동일합니다. 빛은 슬릿 주위에 구부러져 상기 그림과 같이 파도가 편향됩니다. 이것은 몇 단계를 렌더링하고 다른 사람들은 서로 단계를 벗어납니다. 그런 다음 파도는 구조적이고 파괴적으로 생산을 방해합니다. 우리가 sin 에 대해 도출 한 표현을 다시 참조하십시오 (α). 회절 격자는 같은 법칙에 순종합니다. 우리는 sin 을 알고 있습니다 (α)는 파장 λ 에 비례합니다 회절 된 빛의. 따라서, 동일한 너비의 슬릿 d, 전자의 파장이 훨씬 길어서 붉은 빛이 푸른 빛보다 더 심하게 편향됩니다.

파장은 파란색에서 빨간색으로 점점 구부립니다. 따라서 격자는 분할 하얀 빛은 프리즘이 어떻게하는지, 그리고 분산되는 것은 CD 표면에 화려한 무지개 빛깔의 무지개입니다.