Дифракционная решётка

Период решётки, длина волны и угол максимума по формуле d·sin φ = kλ, число максимумов

От режима зависит, какие поля участвуют в расчёте

Плотность решётки: 100, 300 или 600 штрихов на миллиметр; период d = 1/N

В нанометрах: 400–700 нм — видимый свет

Угол, под которым виден максимум, в градусах от 0 до 90

Номер максимума: 1, 2, 3…; нулевой максимум лежит в центре

Нашли ошибку или хотите предложить улучшение?

Улучшить калькулятор «Дифракционная решётка»

Теория

Дифракционная решётка — это пластинка с множеством параллельных штрихов, нанесённых на одинаковом расстоянии друг от друга. Плотность решётки задают числом штрихов \(N\) на 1 мм, а расстояние между соседними штрихами называют периодом: \(d = 1/N\). Если \(N\) задано на миллиметр, то в метрах \(d = 10^{-3}/N\).

Свет, проходя через решётку, отклоняется и даёт на экране систему ярких максимумов. Направления на них подчиняются условию \(d\sin\varphi = k\lambda\), где \(\varphi\) — угол наблюдения, \(k\) — порядок максимума (1, 2, 3…). Из этой формулы выражают любую величину: длину волны \(\lambda = \frac{d\sin\varphi}{k}\) или угол \(\sin\varphi = \frac{k\lambda}{d}\).

Максимумы существуют, пока \(\sin\varphi\) не превышает единицы, то есть \(k \le d/\lambda\). Наибольший порядок \(k_{max} = \left[\frac{d}{\lambda}\right]\), а всего максимумов \(2k_{max} + 1\) — центральный и симметричные пары слева и справа.

Важно: \(N\) — число штрихов именно на 1 мм: период в метрах получается умножением на \(10^{-3}\), иначе ответ разойдётся в тысячу раз.

Пример с решением

  1. Условие. Решётка имеет 500 штрихов на 1 мм, максимум второго порядка виден под углом \(30^\circ\). Найдите длину волны и число максимумов.
  2. Период. \(d = 10^{-3}/500 = 2 \cdot 10^{-6}\) м = 2 мкм.
  3. Формула. \(\lambda = \frac{d\sin\varphi}{k}\).
  4. Подстановка. \(\lambda = \frac{2 \cdot 10^{-6} \times 0{,}5}{2} = 5 \cdot 10^{-7}\) м.
  5. Ответ. \(\lambda = 500\) нм — зелёный свет.
  6. Максимумы. \(d/\lambda = 4\), значит \(k_{max} = 4\), всего \(2 \times 4 + 1 = 9\) максимумов: углы \(0^\circ\), \(14{,}48^\circ\), \(30^\circ\), \(48{,}59^\circ\) и \(90^\circ\).

Главное

  • Условие максимумов: \(d\sin\varphi = k\lambda\).
  • Период решётки: \(d = 1/N\), где \(N\) — число штрихов на 1 мм.
  • Число максимумов: \(k_{max} = \left[\frac{d}{\lambda}\right]\), всего \(2k_{max} + 1\).
  • Если \(\sin\varphi\) больше единицы, максимума такого порядка не существует.