Файл: Fizika - V. F. Dmitriyeva.pdf

менша стала ґрат б/, тим яскравіше виражені головні максимуми і можна 

точніше виміряти довжину хвилі X . 

Оскільки дифракційні ґрати - це спектральний прилад, то вони харак-

і еризуються роздільною силою, тобто здатністю розрізняти близькі спект-

ральні лінії з довжинами хвиль

 Х

х

 і

 Х

2

 .

 Розрізнити дві спектральні лінії 

можна тоді, коли вони не зливаються в один максимум, ширший, ніж ши-
рина кожної з ліній

 Х

х

 і

 Х

2

 .

 За міру роздільної здатності ґрат беруть 

— = (21.17) 

Х

2

 — А,| 

Ця формула показує, що роздільна здатність дифракційних ґрат визна-

чається кількістю штрихів на ній і порядком спектра. У сучасних дифрак-
ційних ґратах число штрихів становить близько 2000 на 1 мм, а загальне 
число штрихів досягає значення 1-10 . 

Застосування дифракційних ґрат 

Явище дифракції широко використовують у науці і техніці. 

11 ині наша промисловість випускає спектрографи з дифракційними ґра-

тами для спектрального аналізу. Докладне вивчення інтерференції і диф-

ракції покладено в основу нової галузі фізики - голографії. 

§ 198. Поняття про голографію 

Поняття про голографію 

Термін "голографія" походить від двох грецьких слів "графо" -

мишу і "олос" - повний, що означає "повний запис". У цьому разі йдеться 
про особливий метод реєстрації на фотопластинці хвильового фронту ви-
промінювання, який іде від предмета, і потім відновлення цього фронту 

для утворення уявного або дійсного зображення предмета. Для цього фото-

графують інтерференційну картину двох частин хвилі, які когерентні між 

собою. Одна частина хвилі надходить на фотопластинку безпосередньо і 

називається

 опорною хвилею

, а друга - освітлює досліджуваний предмет і 

після відбивання від нього надходить на ту саму пластинку. Цю частину 
хвилі називають

 предметною. 

Принцип голографії запропонував у 1947 р. англійський фізик Д. Га-

бор. Проте на той час ще не були винайдені лазери, а утворити за допомо-

і ою теплових джерел нерухому і контрастну картину інтерференції дуже 
нлжко. Тільки лазерне випромінювання, яке має велику просторову і ча-

485 

сову когерентність у поєднанні з великою інтенсивністю, дало голографії 
можливість швидко розвинутись, 

Розглянемо принцип голографії на такому прикладі. Якщо фотографіч-

ну пластинку

 Ф

 освітити двома когерентними пучками світла (рис. 21.16,

 а), 

напрямивши

 опорний 1

 перпендикулярно до поверхні пластинки, а

 пред-

метний 2

 - під кутом 0, то світлові коливання, інтерферуючи, дадуть на 

пластинці систему інтерференційних смуг. 

Після проявлення пластинку використовують як дифракційні ґрати. 

Освітимо ці ґрати перпендикулярним до їх поверхні пучком когерентного 
світла (промінь і на рис. 21.16,

 б).

 Частина світла пройде через ґрати, не 

змінивши напряму, і, крім того, виникнуть два паралельні пучки світла, 
які поширюються під кутами 6 і - 0 до поверхні пластинки. Ці кути точ-
но такі самі, як і кут, під яким освітлювали пластинку раніше предметним 
пучком, а інтенсивність пучка У, який іде під кутом - 0, така сама, як і 
предметного пучка, що падає на пластинку. Пластинка "запам'ятала", під 
яким кутом і з якою інтенсивністю на неї падав предметний пучок. Від-
новлення предметного світлового пучка опорним дає можливість записа-
ти, а потім відновити світло, відбите будь-яким предметом. 

На рис. 21.17,

 а

 подано схему однієї з найпростіших установок для 

утворення голограми точки. Одна частина опорної хвилі 7, яка йде від 
лазера, потрапляє на точковий об'єкт

 А

 і розсіюється від нього у вигляді 

предметної хвилі 2, другу дзеркало скеровує на фотопластинку, де хвилі / 
і

 2

 інтерферують. Інтерференційна картина, зафіксована на фотоплівці, і є 

голограмою точки

 А. 

Щоб дістати зображення точки

 А

 за її голограмою, треба на голограму 

напрямити те саме

 опорне випромінювання

, за допомогою якого її було зня-

то; зображення точки утвориться внаслідок дифракції опорної хвилі. При 
цьому плоска опорна хвиля, яка пройшла через голограму, утворену однією 
точкою, внаслідок дифракції поділяється на три хвилі (рис. 21.17, б): одну-
плоску, яка поширюється в початковому напрямі, і дві сферичні - розбіж-
ну, яка дає уявне зображення точки А, і збіжну, яка дає дійсне зображення. 

Будь-який предмет можна уявити як сукупність точок, тому кожна то-

чка предмета утворює на фотопластинці свою голограму. Таким способом 

Рис. 21.16 

486 

на голограмі предмета будуть записані голограми всіх його точок. Різни-
ця фаз між опорною хвилею і хвилею, яка йде від даної точки предмета, 
різна для різних точок, тому від голограми можна дістати майже не спо-

творене об'ємне зображення предмета. Оскільки розсіяні предметом хви-

лі потрапляють разом з опорною хвилею в усі точки голограми, то всі її 

ділянки містять інформацію про предмет. Якщо фотопластинку з голо-

грамою розбити, то будь-який її осколок, освітлений опорним пучком, 
відновить зображення предмета. 

Використання голографії 

Тепер голографію застосовують для записування і зберігання 

великого інформаційного матеріалу, в кіно, телебаченні і т. д. Нині важко 

оцінити всі можливості застосування голографії, але безперечно, що вона 
г одним з найперспективніших методів сучасної фізики. 

§ 199, Поляризація поперечних хвиль 

Вище було розглянуто явище інтерференції і дифракції світ-

ла, які підтверджують його хвильову природу. З хвильової точки зору 

пояснюють і явище поляризації, яке можна спостерігати тільки в попере-
чних хвилях. Суть цього явища найпростіше розглянути на поперечних 
механічних хвилях. 

У поздовжній хвилі (наприклад, звуковій) напрям коливань повністю 

визначається напрямом поширення хвилі, У поперечній хвилі коливання 

здійснюються перпендикулярно до напряму поширення. Заданий напрям 
поширення хвилі ще не визначає напряму коливань, оскільки напрямів, 
перпендикулярних до даного, безліч (рис. 21.18). 

Виконаємо такий дослід. Нехай по шнуру в напрямі

 80

 поширюється попе-

речна хвиля, на шляху якої встановлено перешкоду з щілиною (рис. 21.19, о). 

487 

Рис. 21Л 8 

Рис. 21.19 

Очевидно, що хвиля через щілину пройде тільки тоді, коли напрям щі-
лини

 АВ

 збіжиться з напрямом коливань, тобто коли щілина розміщена 

вертикально. Якщо щілину повернути на 90°, тобто розмістити її гори-
зонтально, то коливання через щілину не пройдуть (рис. 21.19,

 б).

 Це 

свідчить про те, що в шнурі відбувалися поперечні коливання в заданому 
напрямі. Поздовжні коливання проходять через щілину при будь-якому 
куті повороту. 

Якщо в поперечній хвилі коливання відбуваються тільки в одному яко-

му-небудь певному напрямі, то хвилю називають плоскополяризованою 

або поляризованою. 

Поляризація світлових хвиль 

Розглянутий дослід свідчить про те, що щілину можна вико-

ристовувати для аналізу поперечних механічних коливань. Щоб устано-
вити, чи є світлова хвиля поперечною, треба мати такий пристрій, який 
міг би виконувати роль названої вище щілини, тобто поляризувати непо-
ляризовану світлову хвилю і аналізувати стан поляризованої хвилі (ви-
значати напрям її коливань). Як щілину застосовують деякі кристали, на-
приклад, турмалін. Вирізані з нього певним чином плоскопаралельні пла-
стинки, як випливає з досліду, здатні пропускати світлові коливання тіль-
ки одного напряму. Отже, турмалінові пластинки можна використати для 
з'ясування характеру (поперечності) світлових хвиль. 

З'ясуємо, чому турмалін і деякі інші кристали можуть поляризувати 

світло. Як відомо, 

кристали - тіла анізотропні, їх оптичні властивості різні

 в

 різних 

напрямах. 

У турмаліну анізотропія проявляється в тому, що він добре поглинає 

випромінювання з коливаннями одного певного напряму, а випроміню-
вання з коливаннями в перпендикулярному до нього напрямі майже не 
поглинає. Цю властивість кристалів називають

 дихроїзмом.

 Отже, про-

аналізувати стан світлових коливань у світловій хвилі і переконатися в їх 

488 

поперечносп можна за допомогою 

двох турмалінових пластинок. На 

рис. 21.20 зображено два положення 

турмалінових пластинок. У випадку 
а пластинки розміщені так, що на-

прями світлових коливань, які вони 
пропускають, паралельні один од-
ному, при цьому друга турмалінова ^ у^ ^ 
пластинка пропускає без зміни сві-

тлову хвилю, яка пройшла через пе-

 |>ис

*

21,20 

ршу. При повороті другої турмалінової пластинки на 90° (випадок

 б)

 вона 

повністю гасить коливання, яке пройшло через першу турмалінову плас-

тинку. Перша пластинка, яка перетворює природне світло у плоскополя-

ризоване, називається

 поляризатором

, друга, яка визначає напрям коли-

вань (яка гасить поляризовану хвилю), -

 аналізатором.

 З досліду видно, 

що поляризатор і аналізатор - взаємозамінювані прилади. 

Явище

 поляризації доводить поперечний характер світлових хвиль. 

Поперечність світлових хвиль підтверджується і електромагнітною тео-

рією світла. 

§ 200, Поляризація світла 

Природне і поляризоване світло 

Як

 було зазначено вище, світло - це електромагнітні коли-

вання, які поширюються, у вигляді поперечних електромагнітних хвиль 

(3,8...7,б)-10~

7

 м. Електромагнітна хвиля характеризується векторами 

напруженості електричного поля Е та 

індукції магнітного поля В. Вектори Е і 
В розміщені у взаємно перпендикуляр-

них площинах і коливаються в однако-
вих фазах (на рис. 21.21

 х

 - напрям по-

ширення хвилі). Ці вектори коливаються 
в ізотропному середовищі перпендику-

лярно до напряму поширення коливань -

Рис. 21.21 

до променя. 

У багатьох випадках (під час фізіологічних і фотохімічних дій, люмінес-

ценцій, фотоефекту і т. д.) дія світлових хвиль на речовину в основному 
визначається вектором напруженості електричного гюля Е, оскільки біль-
шість явищ, які відбуваються у речовині під дією світла, пов'язані з дією на 

електрони. 

489