حيود صريف ماذا يحدث ولماذا. بصريات. صريف الحيود. حيود الضوء وصريف الحيود، فيديو

صريف الحيود - جهاز بصري عبارة عن مجموعة من عدد كبير من الشقوق المتوازية، وعادة ما تكون متساوية المسافات.

يمكن الحصول على محزوز الحيود عن طريق تطبيق خدوش غير شفافة (تصدعات) على لوح زجاجي. الأماكن غير المخدوشة - الشقوق - سوف تسمح بمرور الضوء؛ الضربات المقابلة للمسافة بين الشقوق متناثرة ولا تنقل الضوء. المقطع العرضي لمثل هذا الحيود ( أ) ورمزها (ب)يظهر في الشكل. 19.12. إجمالي عرض الفتحة أوالفجوة ببين الشقوق يسمى ثابتأو فترة محزوز الحيود:

ج = أ + ب.(19.28)

إذا سقط شعاع من الموجات المتماسكة على الشبكة، فإن الموجات الثانوية التي تنتقل في جميع الاتجاهات الممكنة سوف تتداخل، وتشكل نمط الحيود.

دع شعاعًا متوازيًا من الموجات المتماسكة يسقط بشكل طبيعي على الشبكة (الشكل 19.13). دعونا نختار اتجاهًا معينًا للموجات الثانوية بزاوية نسبة إلى العمودي بالنسبة للشبكة. الأشعة القادمة من النقاط القصوى لشقين متجاورين لها فرق مسار d = أ"ب".سيكون نفس اختلاف المسار بالنسبة للموجات الثانوية القادمة من أزواج من النقاط المتناظرة في الشقوق المجاورة. إذا كان اختلاف المسار هذا مضاعفًا لعدد صحيح من الأطوال الموجية، فسيحدث التداخل الحد الأقصى الرئيسي,الذي يتحقق فيه الشرط ÷ أ"ب¢÷ = ± كل , أو

معالخطيئة أ = ± كل , (19.29)

أين ك = 0,1,2,... — ترتيب الحد الأقصى الرئيسي.وهي تقع بشكل متناظر بالنسبة للمركزية (ك= 0، أ = 0). المساواة (19.29) هي الصيغة الأساسية لصريف الحيود.

بين الحد الأقصى الرئيسي، يتم تشكيل الحد الأدنى (الإضافي)، الذي يعتمد عدده على عدد جميع الشقوق الشبكية. دعونا نستنتج شرط الحد الأدنى الإضافي. دع الفرق في مسار الموجات الثانوية التي تنتقل بزاوية a من النقاط المقابلة للشقوق المجاورة يساوي l /ن،أي.

د = معالخطيئة أ= ل /ن،(19.30)

أين نهو عدد شقوق محزوز الحيود. هذا الاختلاف في السكتة الدماغية هو 5 [انظر. (19.9)] يتوافق مع فرق الطور Dj= 2 ص /ن.

فإذا افترضنا أن الموجة الثانوية من الشق الأول طورها صفر في لحظة الإضافة مع موجات أخرى، فإن طور الموجة من الشق الثاني يساوي 2 ص /ن،من الثالث - 4 ص /ن،من الرابع - 6 ص /نإلخ. يتم الحصول بسهولة على نتيجة إضافة هذه الموجات، مع مراعاة اختلاف الطور، باستخدام مخطط متجه: المجموع نمتجهات شدة المجال الكهربائي المتطابقة، تكون الزاوية (فرق الطور) بين أي متجهات متجاورة 2 ص /ن،يساوي الصفر. وهذا يعني أن الشرط (19.30) يتوافق مع الحد الأدنى. مع اختلاف مسار الموجات الثانوية من الشقوق المجاورة د = 2(ل /ن)أو فرق الطور Dj = 2 (2 ع / ن)كما سيتم الحصول على الحد الأدنى من تداخل الموجات الثانوية القادمة من جميع الشقوق، وما إلى ذلك.

كما هو موضح في الشكل. يوضح الشكل 19.14 مخططًا متجهًا يتوافق مع شبكة الحيود المكونة من ستة شقوق: إلخ. - ناقلات شدة المكون الكهربائي للموجات الكهرومغناطيسية من الشق الأول والثاني وما إلى ذلك. يتم ملاحظة خمسة حدود دنيا إضافية تنشأ أثناء التداخل (مجموع المتجهات صفر) عندما يكون فرق الطور للموجات القادمة من الشقوق المجاورة 60 درجة ( أ) 120 درجة (ب)، 180 درجة (الخامس)، 240 درجة (ز)و 300 درجة (د).

أرز. 19.14

وبالتالي، يمكننا التحقق من وجود بين الحد الأقصى المركزي وكل الحد الأقصى الرئيسي الأول ن-1 الحد الأدنى الإضافي المستوفي للشرط

معالخطيئة أ = ±ل /ن; 2 لتر / ن، ...، ±(ن- 1) ل /ن.(19.31)

بين الحد الأقصى الرئيسي الأول والثاني هناك أيضا ن- 1 الحد الأدنى الإضافي يستوفي الشرط

معالخطيئة أ = ± ( ن+ 1) ل / ن، ±(ن+ 2) ل /ن، ...،(2ن- 1) ل /ن،(19.32)

إلخ. لذلك، بين أي حدين رئيسيين متجاورين يوجد ن - 1الحد الأدنى الإضافي.

مع وجود عدد كبير من الشقوق، لا يمكن تمييز الحدود الدنيا الإضافية الفردية عمليا، وتظهر المساحة بأكملها بين الحد الأقصى الرئيسي مظلمة. كلما زاد عدد الشقوق في محزوز الحيود، كلما زادت حدة الحد الأقصى الرئيسي. في التين. يوضح الشكل 19.15 صورًا لنمط الحيود الذي تم الحصول عليه من الشبكات ذات أرقام مختلفة نالشقوق (ثابت صريف الحيود هو نفسه)، وفي الشكل 1. 19.16 - الرسم البياني لتوزيع الكثافة.

نلاحظ بشكل خاص دور الحدود الدنيا ذات الشق الواحد. وفي الاتجاه الموافق للشرط (19.27)، يعطي كل شق الحد الأدنى، وبالتالي سيتم الحفاظ على الحد الأدنى من شق واحد للشبكة بأكملها. إذا كانت شروط الحد الأدنى للفجوة (19.27) والحد الأقصى الرئيسي للشبكة (19.29) مستوفاة في وقت واحد في اتجاه معين، فلن ينشأ الحد الأقصى الرئيسي المقابل. عادةً ما يحاولون استخدام الحد الأقصى الرئيسي، الذي يقع بين الحد الأدنى الأول من شق واحد، أي في الفاصل الزمني

أرسين (ل /أ) > أ > - أرسين (ل /أ) (19.33)

عندما يسقط ضوء أبيض أو غيره من الضوء غير أحادي اللون على محزوز الحيود، فإن كل حد أقصى رئيسي، باستثناء الضوء المركزي، سوف يتحلل إلى طيف [انظر. (19.29)]. في هذه الحالة كيشير ترتيب الطيف.

وبالتالي، فإن الشبكة عبارة عن جهاز طيفي، وبالتالي فإن الخصائص التي تسمح للمرء بتقييم إمكانية تمييز (حل) الخطوط الطيفية ضرورية له.

واحدة من هذه الخصائص هي التشتت الزاوي- تحديد العرض الزاوي للطيف. وهي تساوي عدديًا المسافة الزاوية da بين خطين طيفيين يختلف طول موجتهما بمقدار واحد (dl. = 1):

د=دا/دل.

وبالتفريق (19.29) وباستخدام القيم الإيجابية فقط نحصل على ذلك

معكوس دا = .. كدل.

من المتساويتين الأخيرتين لدينا

د = ..ك /(جكوس أ). (19.34)

وبما أن زوايا الحيود الصغيرة تستخدم عادة، فكوس أ » 1. التشتت الزاوي دكلما كان الترتيب أعلى، كان الترتيب أكبر كالطيف وأصغر الثابت معصريف الحيود.

القدرة على التمييز بين الخطوط الطيفية القريبة لا تعتمد فقط على عرض الطيف، أو التشتت الزاوي، ولكن أيضًا على عرض الخطوط الطيفية، التي يمكن أن تتداخل مع بعضها البعض.

من المقبول عمومًا أنه إذا كانت هناك منطقة بين الحد الأقصى للحيود بنفس الشدة، تكون الكثافة الإجمالية فيها 80% من الحد الأقصى، فإن الخطوط الطيفية التي تتوافق معها هذه الحد الأقصى قد تم حلها بالفعل.

علاوة على ذلك، وفقًا لـ J. W. Rayleigh، فإن الحد الأقصى لخط واحد يتزامن مع أقرب حد أدنى من الآخر، والذي يعتبر معيار الدقة. في التين. 19.17 يوضح اعتمادات الشدة أنا الخطوط الفردية من الطول الموجي (المنحنى الصلب) وكثافتها الإجمالية (المنحنى المتقطع). من السهل رؤية الطبيعة التي لم يتم حلها للخطين من خلال الأشكال ( أ) والحد الأقصى للدقة ( ب), عندما يتطابق الحد الأقصى لخط واحد مع أقرب حد أدنى لخط آخر.

يتم قياس دقة الخطوط الطيفية دقة،تساوي نسبة الطول الموجي إلى أصغر فترة من الأطوال الموجية التي لا يزال من الممكن حلها:

ص =ل./دل.. (19.35)

لذا، إذا كان هناك خطين متقاربين بطول موجي l 1 ³ l 2، Dl = l 1 - l 2 إذن يمكن كتابة (19.35) بالشكل التقريبي

ر= ل 1 /(ل 1 - ل 2)، أو ر= ل 2 (ل 1 - ل 2) (19.36)

حالة الارتفاع الرئيسية للموجة الأولى

معالخطيئة أ = كل 1.

ويتزامن معها الحد الأدنى الأقرب للموجة الثانية، وحالتها هي

معالخطيئة أ = كل 2 + ل 2 /ن.

وبمساواة الطرفين الأيمن للمعادلتين الأخيرتين، حصلنا على ذلك

كل 1 = كل 2 + ل 2 / ن، ك(ل 1 - ل 2) = ل 2 /ن،

من أين [مع مراعاة (19.36)]

ر =ك ن .

لذلك، كلما زاد الترتيب، زادت دقة محزوز الحيود. كالطيف والعدد نحدود.

لنلقي نظرة على مثال. في الطيف الذي تم الحصول عليه من محزوز الحيود مع عدد الشقوق ن = 10000، هناك خطين بالقرب من الطول الموجي l = 600 نانومتر. عند أصغر فرق في الطول الموجي Dl تختلف هذه الخطوط في طيف الدرجة الثالثة (ك = 3)?

للإجابة على هذا السؤال، نساوي بين (19.35) و (19.37)، l/Dl = كيلو نيوتن,من أين دل = ل/( كيلو نيوتن). وبالتعويض بالقيم العددية في هذه الصيغة نجد Dl = 600 nm/(3.10,000) = 0.02 nm.

على سبيل المثال، الخطوط ذات الأطوال الموجية 600.00 و600.02 نانومتر يمكن تمييزها في الطيف، والخطوط ذات الأطوال الموجية 600.00 و600.01 نانومتر غير قابلة للتمييز

دعونا نشتق صيغة محزوز الحيود للوقوع المائل للأشعة المتماسكة (الشكل 19.18، ب - زاوية السقوط). شروط تكوين نمط الحيود (العدسة، الشاشة في المستوى البؤري) هي نفسها بالنسبة للوقوع الطبيعي.

دعونا نرسم الخطوط المتعامدة أ"بالأشعة الحادثة و أب"إلى الموجات الثانوية التي تنتقل بزاوية a إلى المستوى العمودي على مستوى الشبكة. من الشكل. 19.18 ومن الواضح أن لهذا المنصب АВالأشعة لها نفس المرحلة، من أب"ومن ثم يتم الحفاظ على فرق الطور بين الأشعة. ولذلك فإن اختلاف المسار هو

د = BB"-AA".(19.38)

من د أأ"بلدينا أأ ™= أ.بالخطيئة ب = معالخطيئة ب. من د في في "أنجد ب ب" = أ.بالخطيئة أ = معالخطيئة أ. استبدال التعبيرات ل أأ ™و ب ب"في (19.38) ومع مراعاة شرط الحد الأقصى الرئيسي لدينا

مع(الخطيئة أ - الخطيئة ب) = ± كل. (19.39)

يتوافق الحد الأقصى الرئيسي المركزي مع اتجاه الأشعة الساقطة (a=b).

جنبا إلى جنب مع شبكات الحيود الشفافة، يتم استخدام شبكات عاكسة، حيث يتم تطبيق الخطوط على سطح معدني. تتم المراقبة في الضوء المنعكس. إن شبكات الحيود العاكسة المصنعة على سطح مقعر قادرة على إنتاج نمط حيود بدون عدسة.

في شبكات الحيود الحديثة يكون الحد الأقصى لعدد الخطوط أكثر من 2000 لكل 1 ملم، وطول الشبكة أكثر من 300 ملم، مما يعطي القيمة نحوالي مليون.

1. حيود الضوء. مبدأ هيجنز فريسنل.

2. حيود الضوء بواسطة الشقوق المتوازية للأشعة.

3. صريف الحيود.

4. طيف الحيود.

5. خصائص محزوز الحيود كجهاز طيفي.

6. التحليل الهيكلي بالأشعة السينية.

7. حيود الضوء عن طريق ثقب دائري. دقة الفتحة.

8. المفاهيم والصيغ الأساسية.

9. المهام.

بالمعنى الضيق، ولكن الأكثر استخدامًا، حيود الضوء هو انحناء أشعة الضوء حول حدود الأجسام المعتمة، واختراق الضوء في منطقة الظل الهندسي. في الظواهر المرتبطة بالحيود، هناك انحراف كبير في سلوك الضوء عن قوانين البصريات الهندسية. (لا يقتصر الحيود على الضوء.)

الحيود هو ظاهرة موجية تتجلى بشكل أوضح في الحالة عندما تكون أبعاد العائق متناسبة (بنفس الترتيب) مع الطول الموجي للضوء. يرتبط الاكتشاف المتأخر إلى حد ما لحيود الضوء (القرنين السادس عشر والسابع عشر) بالأطوال الصغيرة للضوء المرئي.

21.1. حيود الضوء. مبدأ هيجنز فريسنل

حيود الضوءهي مجموعة معقدة من الظواهر التي تنتج عن طبيعتها الموجية والتي يتم ملاحظتها أثناء انتشار الضوء في وسط ذي عدم تجانس حاد.

يتم تقديم تفسير نوعي للحيود بواسطة مبدأ هيجنز,الذي يحدد طريقة بناء مقدمة الموجة في الوقت t + Δt إذا كان موقعها في الوقت t معروفا.

1. وفقا ل مبدأ هيجنزكل نقطة على مقدمة الموجة هي مركز الموجات الثانوية المتماسكة. ويعطي غلاف هذه الموجات موقع مقدمة الموجة في اللحظة التالية من الزمن.

دعونا نشرح تطبيق مبدأ هويجنز باستخدام المثال التالي. دع موجة مستوية تسقط على عائق به فتحة، يكون الجزء الأمامي منها موازيًا للعائق (الشكل 21.1).

أرز. 21.1.شرح مبدأ هيجنز

كل نقطة من جبهة الموجة المعزولة بواسطة الثقب تعمل كمركز للموجات الكروية الثانوية. يوضح الشكل أن غلاف هذه الموجات يخترق منطقة الظل الهندسي، والتي تم تحديد حدودها بخط متقطع.

لا يقول مبدأ هيجنز شيئًا عن شدة الموجات الثانوية. تم القضاء على هذا العيب من قبل فريسنل، الذي أضاف مبدأ هيغنز بفكرة تداخل الموجات الثانوية وسعاتها. ويسمى مبدأ هيجنز المكمل بهذه الطريقة بمبدأ هيجنز-فريسنل.

2. وفقا ل مبدأ هيجنز فريسنلحجم اهتزازات الضوء عند نقطة معينة O هو نتيجة تداخل الموجات الثانوية المتماسكة المنبعثة عند هذه النقطة الجميععناصر سطح الموجة. يتناسب سعة كل موجة ثانوية مع مساحة العنصر dS، ويتناسب عكسيا مع المسافة r إلى النقطة O ويتناقص مع زيادة الزاوية α بين العادي نإلى العنصر dS والاتجاه إلى النقطة O (الشكل 21.2).

أرز. 21.2.انبعاث موجات ثانوية بواسطة عناصر سطح الموجة

21.2. حيود الشق في الحزم المتوازية

الحسابات المرتبطة بتطبيق مبدأ هيغنز-فريسنل هي، بشكل عام، مسألة رياضية معقدة. ومع ذلك، في عدد من الحالات ذات درجة عالية من التناظر، يمكن العثور على سعة التذبذبات الناتجة عن طريق الجمع الجبري أو الهندسي. دعونا نثبت ذلك من خلال حساب حيود الضوء عن طريق الشق.

دع موجة ضوئية مسطحة أحادية اللون تسقط على شق ضيق (AB) في حاجز معتم، يكون اتجاه انتشاره عموديًا على سطح الشق (الشكل 21.3، أ). نضع عدسة مجمعة خلف الشق (موازيًا لمستوىه). طائرة الوصلحيث سنضع الشاشة E. جميع الموجات الثانوية المنبعثة من سطح الشق في اتجاهها موازيالمحور البصري للعدسة (α = 0)، يتم التركيز على العدسة في نفس المرحلة.ولذلك، في وسط الشاشة (O) هناك أقصىالتدخل لموجات من أي طول. ويسمى الحد الأقصى ترتيب صفر.

ولمعرفة طبيعة تداخل الموجات الثانوية المنبعثة في اتجاهات أخرى، نقسم سطح الشق إلى n مناطق متطابقة (تسمى مناطق فريسنل) ونأخذ في الاعتبار الاتجاه الذي يتحقق فيه الشرط:

حيث b هو عرض الفتحة، و λ - الطول الموجي للضوء.

وأشعة الموجات الضوئية الثانوية التي تنتقل في هذا الاتجاه سوف تتقاطع عند النقطة O."

أرز. 21.3.الحيود عند أحد الشق: أ - مسار الشعاع؛ ب - توزيع شدة الضوء (و - البعد البؤري للعدسة)

الناتج bsina يساوي فرق المسار (δ) بين الأشعة القادمة من حواف الشق. ثم الفرق في مسار الأشعة القادمة منه المجاورةمناطق فريسنل تساوي /2 (انظر الصيغة 1.21). تلغي هذه الأشعة بعضها البعض أثناء التداخل، لأنها لها نفس السعات والأطوار المعاكسة. دعونا ننظر في حالتين.

1) ن = 2 ك رقم زوجي. في هذه الحالة، يحدث قمع مزدوج للأشعة من جميع مناطق فريسنل وعند النقطة O" يتم ملاحظة الحد الأدنى من نمط التداخل.

الحد الأدنىيتم ملاحظة الشدة أثناء الحيود بواسطة الشق لاتجاهات أشعة الموجات الثانوية التي تحقق الشرط

يسمى العدد الصحيح k على أمر الحد الأدنى.

2) ن = 2 ك - 1 - رقم فردي. وفي هذه الحالة، سيظل إشعاع منطقة فريسنل دون إخماد وعند النقطة O" سيتم ملاحظة الحد الأقصى لنمط التداخل.

يتم ملاحظة أقصى شدة أثناء الحيود بواسطة الشق لاتجاهات أشعة الموجات الثانوية التي تحقق الشرط:

يسمى العدد الصحيح k ترتيب الحد الأقصى.تذكر أنه بالنسبة للاتجاه α = 0 لدينا الحد الأقصى للطلب صفر.

ويترتب على الصيغة (21.3) أنه مع زيادة الطول الموجي للضوء، تزداد الزاوية التي يتم عندها ملاحظة الحد الأقصى للرتبة k > 0. وهذا يعني أنه بالنسبة لنفس k، يكون الشريط الأرجواني هو الأقرب إلى وسط الشاشة، والشريط الأحمر هو الأبعد.

في الشكل 21.3، بيوضح توزيع شدة الضوء على الشاشة حسب المسافة إلى مركزها. يتركز الجزء الرئيسي من الطاقة الضوئية في الحد الأقصى المركزي. ومع زيادة ترتيب الحد الأقصى، تنخفض شدته بسرعة. تظهر الحسابات أن I 0:I 1:I 2 = 1:0.047:0.017.

إذا تمت إضاءة الشق بضوء أبيض، فسيكون الحد الأقصى المركزي على الشاشة أبيضًا (وهو أمر شائع في جميع الأطوال الموجية). ستتكون الارتفاعات الجانبية من أشرطة ملونة.

يمكن ملاحظة ظاهرة مشابهة لحيود الشق على شفرة الحلاقة.

21.3. صريف الحيود

في حيود الشق، تكون شدة الحد الأقصى من الرتبة k > 0 ضئيلة جدًا بحيث لا يمكن استخدامها لحل المشكلات العملية. ولذلك، يتم استخدامه كجهاز طيفي صريف الحيود,وهو نظام من الشقوق المتوازية والمتساوية المسافات. يمكن الحصول على محزوز الحيود من خلال تطبيق خطوط معتمة (خدوش) على لوح زجاجي متوازي المستوى (الشكل 21.4). المسافة بين السكتات الدماغية (الفتحات) تسمح للضوء بالمرور.

يتم تطبيق الضربات على سطح الشبكة باستخدام قاطعة الماس. تصل كثافتها إلى 2000 خط في المليمتر. في هذه الحالة، يمكن أن يصل عرض الشبكة إلى 300 ملم. يُشار إلى إجمالي عدد الشقوق الشبكية بـ N.

تسمى المسافة d بين مراكز أو حواف الشقوق المجاورة ثابت (الفترة)صريف الحيود.

يتم تحديد نمط الحيود على الشبكة كنتيجة للتداخل المتبادل للموجات القادمة من جميع الشقوق.

يظهر في الشكل مسار الأشعة في محزوز الحيود. 21.5.

دع موجة ضوئية أحادية اللون تسقط على الشبكة، ويكون اتجاه انتشارها عموديًا على مستوى الشبكة. ثم تنتمي أسطح الفتحات إلى نفس السطح الموجي وتكون مصادر لموجات ثانوية متماسكة. دعونا نفكر في الموجات الثانوية التي يفي اتجاه انتشارها بالشرط

وبعد المرور عبر العدسة، تتقاطع أشعة هذه الموجات عند النقطة O."

منتج dsina يساوي فرق المسار (δ) بين الأشعة القادمة من حواف الشقوق المجاورة. عند استيفاء الشرط (21.4)، تصل الموجات الثانوية إلى النقطة O" في نفس المرحلةويظهر نمط الحد الأقصى للتداخل على الشاشة. يتم استدعاء الحد الأقصى الذي يحقق الشرط (21.4). الحد الأقصى الرئيسي للنظامك. الحالة (21.4) تسمى نفسها الصيغة الأساسية لصريف الحيود.

الارتفاعات الكبرىأثناء الحيود بواسطة مقضب يتم ملاحظة اتجاهات أشعة الموجات الثانوية التي تحقق الشرط: dsinα = ± κ λ; ك = 0،1،2،...

أرز. 21.4.مقطع عرضي لمحزوز الحيود (أ) ورمزه (ب)

أرز. 21.5.حيود الضوء بواسطة محزوز الحيود

لعدد من الأسباب التي لم تتم مناقشتها هنا، بين الحد الأقصى الرئيسي هناك (N - 2) حد أقصى إضافي. مع وجود عدد كبير من الشقوق، تكون شدتها ضئيلة وتبدو المساحة بأكملها بين الحد الأقصى الرئيسي مظلمة.

الشرط (21.4)، الذي يحدد مواضع جميع الحدود القصوى الرئيسية، لا يأخذ في الاعتبار الحيود عند شق منفصل. قد يحدث أنه في بعض الاتجاهات سيتم استيفاء الحالة في وقت واحد أقصىللشباك (21.4) والشرط الحد الأدنىللفتحة (21.2). في هذه الحالة، لا ينشأ الحد الأقصى الرئيسي المقابل (رسميًا، لكن شدته صفر).

كلما زاد عدد الشقوق في محزوز الحيود (N)، كلما زادت الطاقة الضوئية التي تمر عبر المحزوز، وأصبح الحد الأقصى أكثر كثافة وحدّة. يوضح الشكل 21.6 الرسوم البيانية لتوزيع الكثافة التي تم الحصول عليها من الشبكات ذات أعداد مختلفة من الشقوق (N). الفترات (د) وعرض الفتحة (ب) هي نفسها بالنسبة لجميع الشبكات.

أرز. 21.6.توزيع الكثافة عند قيم مختلفة لـ N

21.4. طيف الحيود

من الصيغة الأساسية لشبكة الحيود (21.4) يتضح أن زاوية الحيود α، التي تتشكل عندها الحدود القصوى الرئيسية، تعتمد على الطول الموجي للضوء الساقط. ولذلك، يتم الحصول على الحد الأقصى للكثافة المقابلة لأطوال موجية مختلفة في أماكن مختلفة على الشاشة. وهذا يسمح باستخدام الشبكة كجهاز طيفي.

طيف الحيود- الطيف الذي تم الحصول عليه باستخدام محزوز الحيود.

عندما يسقط الضوء الأبيض على محزوز الحيود، فإن جميع الحدود القصوى باستثناء النقطة المركزية سوف تتحلل إلى طيف. يتم تحديد موضع الحد الأقصى للرتبة k للضوء ذو الطول الموجي بواسطة الصيغة:

كلما كان الطول الموجي أطول، كلما كان الحد الأقصى kth بعيدًا عن المركز. ولذلك، فإن المنطقة البنفسجية لكل حد أقصى رئيسي ستواجه مركز نمط الحيود، والمنطقة الحمراء ستواجه الخارج. لاحظ أنه عندما يتحلل الضوء الأبيض بواسطة المنشور، تنحرف الأشعة البنفسجية بقوة أكبر.

عند كتابة صيغة الشبكة الأساسية (21.4)، أشرنا إلى أن k عدد صحيح. كيف كبيرة يمكن أن يكون؟ الإجابة على هذا السؤال تأتي من المتباينة |sinα|< 1. Из формулы (21.5) найдем

حيث L هو عرض الشبكة و N هو عدد الخطوط.

على سبيل المثال، بالنسبة لشبكة ذات كثافة 500 خط لكل مم d = 1/500 mm = 2x10 -6 m، بالنسبة للضوء الأخضر مع lect = 520 nm = 520x10 -9 m نحصل على k< 2х10 -6 /(520 х10 -9) < 3,8. Таким образом, для такой решетки (весьма средней) порядок наблюдаемого максимума не превышает 3.

21.5. خصائص محزوز الحيود كجهاز طيفي

تسمح لك الصيغة الأساسية لشبك الحيود (21.4) بتحديد الطول الموجي للضوء عن طريق قياس الزاوية α المقابلة لموضع الحد الأقصى kth. وبالتالي، فإن محزوز الحيود يجعل من الممكن الحصول على أطياف الضوء المعقد وتحليلها.

الخصائص الطيفية للصريف

التشتت الزاوي -قيمة تساوي نسبة التغير في الزاوية التي يُلاحظ عندها الحد الأقصى للانعراج إلى التغير في الطول الموجي:

حيث k هو ترتيب الحد الأقصى، α - الزاوية التي يتم ملاحظة ذلك فيها.

كلما ارتفعت رتبة k للطيف وصغرت فترة الشبكية (d)، زاد التشتت الزاوي.

دقة(القدرة التحليلية) لمحزوز الحيود - الكمية التي تميز قدرته على الإنتاج

حيث k هو ترتيب الحد الأقصى، وN هو عدد خطوط الشبكة.

يتضح من الصيغة أن الخطوط القريبة التي تندمج في طيف من الدرجة الأولى يمكن رؤيتها بشكل منفصل في أطياف الدرجة الثانية أو الثالثة.

21.6. تحليل حيود الأشعة السينية

يمكن استخدام صيغة محزوز الحيود الأساسية ليس فقط لتحديد الطول الموجي، ولكن أيضًا لحل المشكلة العكسية - إيجاد ثابت محزوز الحيود من طول موجي معروف.

يمكن اعتبار الشبكة الهيكلية للبلورة بمثابة محزوز الحيود. إذا تم توجيه تيار من الأشعة السينية إلى شبكة بلورية بسيطة بزاوية معينة θ (الشكل 21.7)، فسوف تنحرف، لأن المسافة بين مراكز التشتت (الذرات) في البلورة تتوافق مع

الطول الموجي للأشعة السينية. إذا تم وضع لوحة فوتوغرافية على مسافة معينة من البلورة، فسوف تسجل تداخل الأشعة المنعكسة.

حيث d هي المسافة بين الكواكب في البلورة، θ هي الزاوية بين المستوى

أرز. 21.7.حيود الأشعة السينية بواسطة شبكة بلورية بسيطة؛ تشير النقاط إلى ترتيب الذرات

البلورة وشعاع الأشعة السينية الساقطة (زاوية الرعي)، α هو الطول الموجي لإشعاع الأشعة السينية. العلاقة (21.11) تسمى حالة براغ وولف.

إذا كان الطول الموجي لإشعاع الأشعة السينية معروفًا وتم قياس الزاوية θ المقابلة للحالة (21.11)، فيمكن تحديد المسافة بين الكواكب (بين الذرات) d. ويستند تحليل حيود الأشعة السينية على هذا.

التحليل الهيكلي بالأشعة السينية -طريقة لتحديد بنية المادة من خلال دراسة أنماط حيود الأشعة السينية على العينات محل الدراسة.

تعد أنماط حيود الأشعة السينية معقدة للغاية لأن البلورة عبارة عن جسم ثلاثي الأبعاد ويمكن للأشعة السينية أن تحيد على مستويات مختلفة بزوايا مختلفة. إذا كانت المادة بلورة واحدة، فإن نمط الحيود هو تناوب البقع الداكنة (المكشوفة) والخفيفة (غير المكشوفة) (الشكل 21.8، أ).

في الحالة التي تكون فيها المادة عبارة عن خليط من عدد كبير من البلورات الصغيرة جدًا (كما هو الحال في المعدن أو المسحوق)، تظهر سلسلة من الحلقات (الشكل 21.8، ب). تتوافق كل حلقة مع الحد الأقصى للحيود لترتيب معين k، ويتم تشكيل نمط الأشعة السينية على شكل دوائر (الشكل 21.8، ب).

أرز. 21.8.نمط الأشعة السينية لبلورة واحدة (أ)، نمط الأشعة السينية لبلورات متعددة (ب)

يستخدم تحليل حيود الأشعة السينية أيضًا لدراسة هياكل الأنظمة البيولوجية. على سبيل المثال، تم إنشاء بنية الحمض النووي باستخدام هذه الطريقة.

21.7. حيود الضوء بواسطة ثقب دائري. دقة الفتحة

وفي الختام، دعونا نتناول مسألة حيود الضوء عن طريق الثقب الدائري، وهي مسألة ذات أهمية عملية كبيرة. مثل هذه الفتحات هي، على سبيل المثال، بؤبؤ العين وعدسة المجهر. دع الضوء من مصدر نقطي يسقط على العدسة. العدسة هي فتحة تسمح فقط جزءموجة خفيفة. بسبب الحيود على الشاشة الموجودة خلف العدسة، سيظهر نمط الحيود كما هو موضح في الشكل. 21.9، أ.

أما بالنسبة للفجوة، فإن شدة الحد الأقصى الجانبي منخفضة. الحد الأقصى المركزي على شكل دائرة ضوئية (بقعة الحيود) هو صورة نقطة مضيئة.

يتم تحديد قطر بقعة الحيود بالصيغة:

حيث f هو البعد البؤري للعدسة و d هو قطرها.

إذا سقط الضوء من مصدرين نقطيين على ثقب (الحجاب الحاجز)، فذلك يعتمد على المسافة الزاوية بينهما (β) يمكن رؤية بقع حيودها بشكل منفصل (الشكل 21.9، ب) أو دمجها (الشكل 21.9، ج).

دعونا نقدم بدون اشتقاق صيغة توفر صورة منفصلة لمصادر النقاط القريبة على الشاشة (دقة الفتحة):

حيث α هو الطول الموجي للضوء الساقط، d هو قطر الثقب (الحجاب الحاجز)، β هي المسافة الزاوية بين المصادر.

أرز. 21.9.الحيود عند ثقب دائري من مصدرين نقطيين

21.8. المفاهيم والصيغ الأساسية

نهاية الجدول

21.9. مهام

1. الطول الموجي للضوء الساقط على الشق المتعامد على مستواه يساوي 6 أضعاف عرض الشق. في أي زاوية سيكون الحد الأدنى للحيود الثالث مرئيًا؟

2. حدد الزمن الدوري لشبكة عرضها L = 2.5 سم وطولها N = 12500 خط. اكتب إجابتك بالميكرومتر.

حل

د = L/N = 25000 ميكرومتر/12500 = 2 ميكرومتر. إجابة:د = 2 ميكرومتر.

3. ما هو ثابت محزوز الحيود إذا كان الخط الأحمر (700 نانومتر) مرئيًا في الطيف الثاني بزاوية مقدارها 30 درجة؟

4. يحتوي محزوز الحيود على N = 600 خط عند L = 1 مم. أوجد أعلى ترتيب طيفي للضوء ذو الطول الموجي λ = 600 نانومتر.

5. يمر ضوء برتقالي طوله الموجي 600 نانومتر وضوء أخضر طوله الموجي 540 نانومتر عبر محزوز حيود يحتوي على 4000 خط لكل سنتيمتر. ما هي المسافة الزاوية بين الحد الأقصى البرتقالي والأخضر: أ) الدرجة الأولى؛ ب) الترتيب الثالث؟

Δα = α أو - α z = 13.88° - 12.47° = 1.41°.

6. أوجد أعلى ترتيب للطيف لخط الصوديوم الأصفر 589 = 589 نانومتر إذا كان ثابت الشبكة d = 2 ميكرومتر.

حل

دعونا نختصر d و lect إلى نفس الوحدات: d = 2 ميكرومتر = 2000 نانومتر. باستخدام الصيغة (21.6) نجد ك< d/λ = 2000/ 589 = 3,4. إجابة:ك = 3.

7. تم استخدام محزوز حيود بعدد الشقوق N = 10,000 لدراسة طيف الضوء في المنطقة 600 نانومتر. أوجد الحد الأدنى لفرق الطول الموجي الذي يمكن اكتشافه بواسطة هذا الحاجز عند مراقبة الحدود القصوى من الدرجة الثانية.

أحد الأدوات البصرية المهمة التي وجدت تطبيقها في تحليل أطياف الانبعاث والامتصاص هو محزوز الحيود. توفر هذه المقالة معلومات تسمح لك بفهم ماهية محزوز الحيود، وما هو مبدأ تشغيله، وكيف يمكنك حساب موضع الحد الأقصى بشكل مستقل في نمط الحيود الذي ينتجه.

في بداية القرن التاسع عشر، حصل العالم الإنجليزي توماس يونغ، الذي يدرس سلوك شعاع الضوء أحادي اللون عندما تم تقسيمه إلى نصفين بواسطة صفيحة رقيقة، على نمط الحيود. لقد كانت سلسلة من الخطوط الساطعة والداكنة على الشاشة. باستخدام مفهوم الضوء كموجة، شرح يونغ بشكل صحيح نتائج تجاربه. الصورة التي لاحظها نشأت بسبب ظاهرتي الحيود والتداخل.

يُفهم الحيود على أنه انحناء المسار المستقيم لانتشار الموجة عندما يصطدم بعائق غير شفاف. يمكن أن يحدث الحيود نتيجة لانحناء الموجة حول عائق (وهذا ممكن إذا كان الطول الموجي أكبر بكثير من العائق) أو نتيجة لانحناء المسار عندما يكون حجم العائق مشابهًا لطول الموجة. مثال على الحالة الأخيرة هو اختراق الضوء في الشقوق والثقوب المستديرة الصغيرة.

تتمثل ظاهرة التداخل في تراكب بعض الموجات على موجات أخرى. نتيجة هذا التراكب هي انحناء شكل الموجة الجيبية الناتجة. الحالات الخاصة للتداخل هي إما تعزيز السعة القصوى، عندما تصل موجتان إلى منطقة الفضاء المعنية في نفس الطور، أو التوهين الكامل لعملية الموجة، عندما تلتقي كلتا الموجتين في منطقة معينة في الطور المضاد.

تتيح لنا الظواهر الموصوفة فهم ماهية محزوز الحيود وكيف يعمل.

صريف الحيود

الاسم نفسه يقول ما هو محزوز الحيود. إنه كائن يتكون من خطوط شفافة ومعتمة تتناوب بشكل دوري. ويمكن تحقيق ذلك عن طريق زيادة عدد الشقوق التي تسقط عليها مقدمة الموجة تدريجيًا. ينطبق هذا المفهوم بشكل عام على أي موجة، لكنه وجد استخدامًا فقط لمنطقة الإشعاع الكهرومغناطيسي المرئي، أي للضوء.

عادة ما يتميز محزوز الحيود بثلاثة عوامل رئيسية:

• الدورة d هي المسافة بين الشقين التي يمر عبرها الضوء. وبما أن الأطوال الموجية للضوء تقع في نطاق عدة أعشار من الميكرومتر، فإن قيمة d هي في حدود 1 ميكرومتر.
• ثابت الشبكة a هو عدد الشقوق الشفافة الموجودة بطول 1 مم من الشبكة. ثابت الشبكة هو معكوس الفترة d. قيمها النموذجية هي 300-600 ملم -1. عادة، يتم كتابة قيمة a على محزوز الحيود.
• العدد الإجمالي للشقوق هو N. ويمكن الحصول على هذه القيمة بسهولة عن طريق ضرب طول محزوز الحيود في ثابته. وبما أن الأطوال النموذجية تبلغ عدة سنتيمترات، فإن كل شبكة تحتوي على حوالي 10-20 ألف شق.

شبكات شفافة وعاكسة

لقد تم وصف أعلاه ما هو محزوز الحيود. الآن دعونا نجيب على سؤال ما هو عليه حقا. هناك نوعان من هذه الأجسام البصرية: شفافة وعاكسة.

الشبكة الشفافة عبارة عن صفيحة زجاجية رفيعة أو صفيحة بلاستيكية شفافة يتم تطبيق الضربات عليها. تشكل خطوط محزوز الحيود عائقًا أمام الضوء، فلا يستطيع المرور من خلالها. ويكون عرض الشوط هو الفترة المذكورة د. تعمل الفجوات الشفافة المتبقية بين السكتات الدماغية كشقوق. عند أداء العمل المختبري، يتم استخدام هذا النوع من الشبكات.

الشبكة العاكسة عبارة عن لوحة معدنية أو بلاستيكية مصقولة يتم تطبيق أخاديد بعمق معين عليها بدلاً من الضربات. الفترة د هي المسافة بين الأخاديد. غالبًا ما تُستخدم الشبكات العاكسة في تحليل أطياف الانبعاث لأن تصميمها يسمح بتوزيع شدة الحد الأقصى لنمط الحيود لصالح الحدود القصوى ذات الترتيب الأعلى. يعد القرص المضغوط الضوئي مثالًا رئيسيًا على هذا النوع من محزوز الحيود.

مبدأ تشغيل الشبكة

على سبيل المثال، فكر في جهاز بصري شفاف. لنفترض أن الضوء ذو الواجهة المسطحة يسقط على محزوز الحيود. هذه نقطة مهمة للغاية، حيث أن الصيغ أدناه تأخذ في الاعتبار أن واجهة الموجة مسطحة وموازية للوحة نفسها (حيود فراونهوفر). تؤدي الضربات الموزعة وفقًا لقانون دوري إلى حدوث اضطراب في هذه الجبهة، ونتيجة لذلك، عند الخروج من اللوحة، يتم إنشاء موقف كما لو أن العديد من مصادر الإشعاع الثانوية المتماسكة تعمل (مبدأ هيغنز-فريسنل). هذه المصادر تؤدي إلى الحيود.

من كل مصدر (الفجوة بين الخطوط) تنتشر موجة، وهي متماسكة مع جميع موجات N-1 الأخرى. لنفترض الآن أنه تم وضع شاشة على مسافة ما من اللوحة (يجب أن تكون المسافة كافية بحيث يكون رقم فريسنل أقل بكثير من واحد). إذا نظرت إلى الشاشة بشكل عمودي مرسوم على مركز اللوحة، فنتيجة لتراكب الموجات من هذه المصادر N، في بعض الزوايا θ، سيتم ملاحظة خطوط ساطعة، حيث سيكون هناك ظل .

وبما أن حالة الحد الأقصى للتداخل هي دالة للطول الموجي، فإذا كان الضوء الساقط على اللوحة أبيض اللون، ستظهر خطوط ساطعة متعددة الألوان على الشاشة.

الصيغة الأساسية

كما ذكرنا، يتم عرض موجة أمامية مستوية واقعة على محزوز الحيود على الشاشة على شكل خطوط لامعة تفصل بينها منطقة ظل. ويسمى كل شريط مشرق الحد الأقصى. إذا أخذنا في الاعتبار شرط تضخيم الموجات القادمة إلى المنطقة قيد النظر في نفس المرحلة، فيمكننا الحصول على صيغة الحد الأقصى لمحزوز الحيود. تبدو هكذا:

حيث θ m هي الزوايا الواقعة بين العمودي على مركز اللوحة والاتجاه إلى الخط الأقصى المقابل على الشاشة. تسمى الكمية m ترتيب محزوز الحيود. فهو يقبل القيم الصحيحة والصفر، أي m = 0، ±1، 2، 3 وهكذا.

بمعرفة فترة المحزوز d والطول الموجي الذي يقع عليها، يمكن حساب موضع كل الحدود القصوى. لاحظ أن الحد الأقصى المحسوب باستخدام الصيغة أعلاه يسمى الحد الأقصى. في الواقع، هناك مجموعة كاملة من الحدود القصوى الأضعف بينهما، والتي غالبًا لا يتم ملاحظتها في التجربة.

لا ينبغي أن تعتقد أن الصورة التي تظهر على الشاشة لا تعتمد على عرض كل شق في لوحة الحيود. لا يؤثر عرض الشق على موضع الحد الأقصى، ولكنه يؤثر على كثافته وعرضه. وهكذا، مع انخفاض الفجوة (مع زيادة عدد الخطوط على اللوحة)، تنخفض شدة كل حد أقصى، ويزداد عرضه.

صريف الحيود في التحليل الطيفي

بعد أن تعاملنا مع أسئلة ما هو محزوز الحيود وكيفية العثور على الحد الأقصى الذي يعطيه على الشاشة، فمن المثير للاهتمام تحليل ما سيحدث للضوء الأبيض إذا تم تشعيع لوحة به.

دعونا نكتب مرة أخرى صيغة الحد الأقصى الرئيسي:

إذا أخذنا في الاعتبار ترتيبًا محددًا للحيود (على سبيل المثال، m = 1)، فمن الواضح أنه كلما زاد حجم lect، كلما كان الخط الساطع المقابل بعيدًا عن الحد الأقصى المركزي (m = 0). وهذا يعني أن الضوء الأبيض ينقسم إلى سلسلة من ألوان قوس قزح التي يتم عرضها على الشاشة. علاوة على ذلك، بدءًا من المركز، سيظهر اللون البنفسجي والأزرق أولاً، ومن ثم سيظهر اللون الأصفر والأخضر، وسيتوافق الحد الأقصى الأبعد من الترتيب الأول مع اللون الأحمر.

يتم استخدام خاصية صريف حيود الطول الموجي في التحليل الطيفي. عندما يكون من الضروري معرفة التركيب الكيميائي لجسم مضيء، على سبيل المثال، نجم بعيد، يتم جمع ضوءه بواسطة المرايا وتوجيهه إلى لوحة. من خلال قياس الزوايا θ m، من الممكن تحديد جميع الأطوال الموجية للطيف، وبالتالي العناصر الكيميائية التي تنبعث منها.

يوجد أدناه مقطع فيديو يوضح قدرة الشبكات ذات أرقام N المختلفة على فصل الضوء من المصباح.

مفهوم "التشتت الزاوي"

تشير هذه القيمة إلى التغييرات في زاوية حدوث الحد الأقصى على الشاشة. إذا قمنا بتغيير طول الضوء أحادي اللون بمقدار صغير، نحصل على:

إذا تم التمييز بين الجانبين الأيسر والأيمن للمساواة في صيغة الحد الأقصى الرئيسي بواسطة θ m و lect، على التوالي، فيمكننا الحصول على تعبير للتشتت. سيكون مساوياً لـ:

ويجب معرفة التشتت عند تحديد دقة اللوحة.

ما هو القرار؟

بعبارات بسيطة، هي قدرة محزوز الحيود على فصل موجتين لهما قيم lect متشابهة إلى قمتين منفصلتين على الشاشة. وفقا لمعيار اللورد رايلي، يمكن التمييز بين خطين إذا كانت المسافة الزاوية بينهما أكبر من نصف عرضهما الزاوي. يتم تحديد نصف عرض الخط بواسطة الصيغة:

Δθ 1/2 = lect/(N*d*cos(θ m))

يكون التمييز بين الخطوط وفقًا لمعيار رايلي ممكنًا إذا:

باستبدال صيغة التشتت ونصف العرض، نحصل على الشرط النهائي:

تزداد دقة الشبكة مع عدد الشقوق (الخطوط) الموجودة عليها ومع زيادة ترتيب الحيود.

حل المشكلة

دعونا نطبق المعرفة المكتسبة لحل مشكلة بسيطة. دع الضوء يسقط على محزوز الحيود. ومن المعروف أن الطول الموجي 450 نانومتر، وفترة الشبكية 3 ميكرومتر. ما هو الحد الأقصى لترتيب الحيود الذي يمكن ملاحظته عند الصنبور؟

للإجابة على السؤال، تحتاج إلى استبدال البيانات في معادلة الشبكة. نحن نحصل:

الخطيئة(θ م) = م*π/د = 0.15*م

وبما أن الجيب لا يمكن أن يكون أكبر من واحد، فإننا نجد أن الحد الأقصى لترتيب الحيود للشروط المحددة للمسألة هو 6.

ما هو محزوز الحيود: التعريف والطول ومبدأ التشغيل - كل ما يتعلق بالسفر إلى الموقع

منتشرة في التجربة العلمية والتكنولوجيا شبكات الحيود، وهي عبارة عن مجموعة من الشقوق المتوازية والمتطابقة تقع على مسافات متساوية، مفصولة بفواصل غير شفافة متساوية العرض. يتم تصنيع شبكات الحيود باستخدام آلة تقسيم تقوم بعمل خطوط (خدوش) على الزجاج أو أي مادة شفافة أخرى. حيث يتم عمل الخدش، تصبح المادة معتمة، وتبقى المسافات بينها شفافة وتعمل في الواقع بمثابة الشقوق.

دعونا أولاً نفكر في حيود الضوء من الشبكة باستخدام مثال الشقين. (مع زيادة عدد الشقوق، تصبح قمم الحيود أضيق وأكثر سطوعًا وأكثر وضوحًا).

يترك أ -عرض الفتحة، أ ب - عرض الفجوة المعتمة (الشكل 5.6).

أرز. 5.6. الحيود من شقين

فترة صريف الحيودهي المسافة بين مراكز الشقوق المجاورة:

والفرق في مسار الشعاعين الأقصىين يساوي

إذا كان فرق المسار يساوي عدد فردي من أنصاف الموجات

ثم سيتم إلغاء الضوء المرسل من الشقين بشكل متبادل بسبب تداخل الموجات. الحد الأدنى للشرط لديه النموذج

وتسمى هذه الحد الأدنى إضافي.

إذا كان فرق المسار يساوي عددًا زوجيًا من أنصاف الموجات

ومن ثم فإن الموجات التي يرسلها كل شق ستعزز بعضها البعض. وشرط الحد الأقصى للتداخل مع مراعاة (5.36) له الشكل

هذه هي الصيغة ل الحد الأقصى الرئيسي لصريف الحيود.

بالإضافة إلى ذلك، في تلك الاتجاهات التي لا ينشر فيها أي من الشقين الضوء، فإنه لن ينتشر حتى مع الشقين، أي: الحد الأدنى للشبكة الرئيسية ويراعى في الاتجاهات التي يحددها الشرط (5.21) للشق الواحد:

إذا كان محزوز الحيود يتكون من نالشقوق (الشبكات الحديثة المستخدمة في أدوات التحليل الطيفي تصل إلى 200 000 السكتات الدماغية، والفترة د = 0.8 ميكرومتر، أي النظام 12 000 حدود بمقدار 1 سم)، فإن شرط الحد الأدنى الرئيسي، كما في حالة الشقين، هو العلاقة (5.41)، وشرط الحد الأقصى الرئيسي هو العلاقة (5.40)، و شرط الحد الأدنى الإضافييشبه

هنا ك"يمكن أن تأخذ جميع القيم الصحيحة باستثناء 0، ن، 2 ن، ... .لذلك، في حالة نتوجد فجوات بين الحدين الأقصىين الرئيسيين ( ن-1) الحد الأدنى الإضافي، مفصولاً بالحد الأقصى الثانوي، مما يؤدي إلى إنشاء خلفية ضعيفة نسبيًا.

يعتمد موضع الحد الأقصى الرئيسي على الطول الموجي ل. لذلك، عندما يتم تمرير الضوء الأبيض عبر حاجز شبكي، تتحلل جميع الحدود القصوى، باستثناء الحد المركزي، إلى طيف، يواجه نهايته البنفسجية مركز نمط الحيود، ويواجه الطرف الأحمر الخارج. وبالتالي، فإن محزوز الحيود هو جهاز طيفي. لاحظ أنه في حين أن المنشور الطيفي يحرف الأشعة البنفسجية بقوة أكبر، فإن محزوز الحيود، على العكس من ذلك، يحرف الأشعة الحمراء بقوة أكبر.

من الخصائص المهمة لأي جهاز طيفي دقة.

دقة الجهاز الطيفي هي كمية بلا أبعاد

أين هو الحد الأدنى للفرق في الأطوال الموجية لخطين طيفيين يتم عندهما رؤية هذه الخطوط بشكل منفصل.

دعونا نحدد دقة صريف الحيود. الموقف الأوسط كثالحد الأقصى للطول الموجي

يحددها الشرط

الحواف ك- ذ الحد الأقصى (أي أقرب حد أدنى إضافي) للطول الموجي لتقع في زوايا تحقق العلاقة:

يعتمد جهاز محزوز الحيود على خاصية الحيود. محزوز الحيود عبارة عن مجموعة من عدد كبير جدًا من الشقوق الضيقة التي تفصل بينها مساحات غير شفافة.

يظهر الشكل العام لشبكة الحيود في الشكل التالي.

فترة شعرية ومبدأ عملها

فترة الصريف هي مجموع عرض الشق الواحد والفجوة المعتمة. يتم استخدام الحرف d للتسمية. غالبًا ما تتقلب فترة صريف الحيود حول 10 ميكرومتر. دعونا نلقي نظرة على كيفية عمل محزوز الحيود وسبب الحاجة إليه.

تسقط موجة أحادية اللون مستوية على محزوز الحيود. طول هذه الموجة يساوي lect. تخلق المصادر الثانوية الموجودة في الشقوق الشبكية موجات ضوئية تنتقل في كل الاتجاهات. سوف نبحث عن الظروف التي بموجبها الموجات القادمة من شقوق مختلفة سوف تعزز بعضها البعض.

للقيام بذلك، ضع في اعتبارك انتشار الموجات في أي اتجاه واحد. لتكن هذه الموجات منتشرة بزاوية φ.
سيكون الفرق في المسار بين الموجات مساوياً للقطعة AC. إذا أمكن وضع عدد صحيح من الأطوال الموجية في هذا الجزء، فإن الموجات من جميع الشقوق سوف تتداخل مع بعضها البعض وتعزز بعضها البعض.

يمكن إيجاد الطول Ac من المثلث القائم ABC.

AC = AB*الخطيئة(φ) = د*الخطيئة(φ).

يمكننا كتابة شرط الزاوية التي سيتم ملاحظة الحد الأقصى عندها:

د*الخطيئة (φ) = ± ك* .

هنا k هو أي عدد صحيح موجب أو 0. الكمية التي تحدد ترتيب الطيف.

يتم وضع عدسة تجميع خلف الشبكة. بمساعدتها ، يتم تركيز الأشعة المتوازية. إذا كانت الزاوية تفي بالشرط الأقصى، فإنها تحدد على الشاشة موضع الحد الأقصى الرئيسي. وبما أن موضع الحد الأقصى سيعتمد على الطول الموجي، فإن الشبكة سوف تحلل الضوء الأبيض إلى طيف. هذا هو مبين في الشكل التالي.

صورة

صورة

بين الحد الأقصى ستكون هناك فترات من الحد الأدنى من الإضاءة. كلما زاد عدد الشقوق، كلما تم تحديد الحد الأقصى بشكل أكثر وضوحًا، وزاد عرض الحد الأدنى.

يتم استخدام محزوز الحيود لتحديد الطول الموجي بدقة. مع فترة محززة معروفة، من السهل جدًا تحديد الطول الموجي، كل ما تحتاجه هو قياس زاوية الاتجاه φ إلى الحد الأقصى.