Как образуется дифракционный спектр и чем он отличается от дисперсионного?

Дифракционный и дисперсионный спектры представляют собой два способа разложения сложного белого света в спектр, однако физические механизмы, лежащие в их основе, кардинально различаются. Образование дифракционного спектра Дифракционный спектр возникает при прохождении света через дифракционную решетку — оптический прибор, представляющий собой совокупность большого числа параллельных щелей, расположенных на равном расстоянии друг от друга.

1. Дифракция: Когда световая волна встречает препятствие (края щелей), она отклоняется от прямолинейного распространения, «огибая» препятствие. Каждая щель становится источником вторичных когерентных волн.
2. Интерференция: Вторичные волны от всех щелей накладываются друг на друга. В определенных направлениях они усиливают друг друга (максимумы), а в других — гасят (минимумы).
3. Зависимость от длины волны: Положение главных максимумов определяется формулой:
   $d\sin \phi =k\lambda$Где $d$ — период решетки, $\phi$ — угол отклонения, $k$ — порядок спектра, а $\lambda$ — длина волны.

Поскольку угол отклонения $\sin \phi$ прямо пропорционален длине волны $\lambda$, красные лучи (с большей длиной волны) отклоняются сильнее всего, а фиолетовые — меньше всего. Образование дисперсионного спектра Дисперсионный (призматический) спектр образуется при прохождении света через границу раздела двух сред (обычно через стеклянную призму) и основан на явлении дисперсии.

1. Преломление: При переходе из воздуха в стекло свет меняет направление.
2. Зависимость показателя преломления: Скорость света в веществе зависит от его частоты (цвета). Для большинства прозрачных веществ показатель преломления $n$ увеличивается с уменьшением длины волны. Разделение лучей: Фиолетовые лучи (коротковолновые) преломляются сильнее, так как для них стекло является оптически более плотной средой. Красные лучи (длинноволновые) преломляются слабее.

Сравнение спектров Ниже приведены ключевые различия между дифракционным и дисперсионным спектрами:

Основное отличие в распределении энергии В дифракционной решетке большая часть световой энергии уходит в центральный максимум (белый свет), а остальная распределяется по нескольким спектрам разных порядков. В призме же весь падающий свет участвует в формировании одного единственного спектра, что часто делает его более ярким. Если вам необходимо произвести расчет разрешающей способности дифракционной решетки или определить показатель преломления призмы, я могу составить для вас соответствующие формулы и примеры задач.