ID: 00006493
Параллельный пучок света с длиной волны \lambda = 440 нм падает на дифракционную решётку, содержащую n = 100 штрихов на мм, под углом \alpha = 30° между нормалью к плоскости решётки и пучком, а затем попадает на тонкую линзу, главная оптическая ось которой направлена вдоль пучка. В фокальной плоскости этой линзы с фокусным расстоянием F = 25 см расположен экран, на котором наблюдаются дифракционные максимумы. Найдите расстояние на экране между максимумами ± 1 порядка.
Источник: ФИПИ
Дифракционная решётка отклоняет максимумы разных порядков на разные углы, а линза собирает параллельные лучи каждого направления в свою точку фокальной плоскости. Свет падает наклонно, поэтому максимумы +1 и -1 порядка отклонены несимметрично. Найдём их положения на экране.
Углы максимумов. Период d=\dfrac{1}{100} мм =10^{-5} м. С учётом наклонного падения d\sin\theta=d\sin\alpha\pm\lambda, то есть \dfrac{\lambda}{d}=\dfrac{440\cdot10^{-9}}{10^{-5}}=0{,}044. Для +1: \sin\theta_+=0{,}5+0{,}044=0{,}544; для -1: \sin\theta_-=0{,}5-0{,}044=0{,}456.
Углы относительно оси линзы. Главная оптическая ось линзы направлена вдоль пучка (нулевого порядка), то есть под 30^\circ к нормали решётки. Значит положения максимумов на экране определяются углами, отсчитанными ОТ этой оси: для +1 — \theta_+-30^\circ=32{,}96^\circ-30^\circ\approx2{,}96^\circ, для -1 — \theta_—30^\circ=27{,}13^\circ-30^\circ\approx-2{,}87^\circ.
Положения на экране. Линза собирает параллельный пучок под углом \beta к своей оси в точку x=F\tan\beta: x_+=25\tan2{,}96^\circ\approx1{,}29 см, x_-=25\tan2{,}87^\circ\approx1{,}25 см (по разные стороны от оси). Расстояние между максимумами \Delta x=x_++x_-\approx2{,}5 см =25 мм.
25