Как сделать спектроскоп. Супер лайфхак для школьника. #olo
Дифракционная решетка
Урок 420. Дифракция света. Дифракционная решетка
Наш проект живет и развивается для тех, кто ищет ответы на свои вопросы и стремится не потеряться в бушующем море зачастую бесполезной информации. На этой странице мы рассказали (а точнее — показали 🙂 вам Дифракционная решетка как сделать в домашних условиях. Кроме этого, мы нашли и добавили для вас тысячи других видеороликов, способных ответить, кажется, на любой ваш вопрос. Однако, если на сайте все же не оказалось интересующей информации — напишите нам, мы подготовим ее для вас и добавим на наш сайт!
Если вам не сложно — оставьте, пожалуйста, свой отзыв, насколько полной и полезной была размещенная на нашем сайте информация о том, Дифракционная решетка как сделать в домашних условиях.
ВУЗ:
Московский физико-технический институт (государственный университет)
Кафедра общей физики
Регион РФ:
Московская область
Библиографическая ссылка::
Ескин Н.И., Петрухин И.С. Дифракция лазерного света на дифракционной решетке. Определение параметров различных дифракционных решеток: Руководство к выполнению лабораторной работы. — М.: МФТИ. — 11 с.
Сейчас своими руками мы соберем два варианта дифракционного спектроскопа. Спектроскоп – прибор, который позволяет исследовать спектр света, за счет разведения его спектральных составляющих вдоль определенной оси. Разделить свет на монохроматические волны можно или за счет явления дисперсии, либо за счет дифракции. В данном случае мы будем использовать дифракцию, так как у нас под рукой есть отличная дифракционная решетка – компакт диск!
Нам понадобятся небольшая картонная коробочка, компакт диск, клей, непрозрачная трубочка для окуляра.
Вырежем ножницами кусочек компакт диска под размер коробочки:
Разметим коробочку так, что бы правильно установить окуляр. Из оптики мы знаем, что угол падения равен углу отражения. Но так мы увидим окошко, через которое будет проходить свет, а не дифракционные максимумы, поэтому правее от линии будущего окошка оставим место.
Затем закрыв коробочку подберем подходящее место для ввода света. Для этого будем аккуратно протыкать дырочку, и наблюдать в окуляр. Если в окуляре мы видим напрямую отраженный свет, то дырочку заклеиваем и протыкаем новую чуть дальше. И так до тех пор пока в окуляре не будет видно много цветных точек, выстроившихся вдоль линии. Затем прорежем оконце:
Установим на оконце световой нож из двух лезвий бритв – что бы в коробочку попадал максимально узкий пучек света – так мы будем видеть максимально четкую картину.
Если всё получилось – то мы увидим в окуляре разведенный спектр. Если спектр не непрерывный (например от ЛДС или газоразрядных ламп) то мы увидим набор линий. Каждая линия – монохроматическая составляющая. На фото самая верхняя линия на самом деле глубоко фиолетового цвета, просто фотоаппарат исказил цвет.
Вариант второй
Сделаем миниатюрный спектроскоп, работающий в проходящем свете. Для этого вырежем компакт диск как и в первом варианте.
Друзья приближается вечер пятницы, это прекрасное интимное время, когда под покровом манящего сумрака можно достать свой спектрометр и всю ночь, до первых лучей восходящего солнца мерить спектр лампы накаливания, а когда взойдет солнце померить и его спектр.
Как у вас все еще нет своего спектрометра? Не беда пройдемте под кат и исправим это недоразумение.
Внимание! Данная статья не претендует на статус полноценного туториала, но возможно уже через 20 минут после её прочтения вы разложите свой первый спектр излучения.
Человек и спектроскоп
Я буду повествовать вам в том порядке, в котором проходил все этапы сам, можно сказать от худшего к лучшему. Если кто-то нацелен сразу на более ли менее серьезный результат, то половину статьи можно смело пропустить. Ну а людям с кривыми руками (как у меня) и просто любопытным будет интересно почитать про мои мытарства с самого начала.
В интернете гуляет достаточное количество материалов о том, как собрать спектрометр/спектроскоп своими руками из подручных материалов.
Для того чтобы обзавестись спектроскопом в домашних условиях, в самом простом случае понадобится совсем не много — CD/DVD болванка и коробка.
На мои первые опыты в изучении спектра меня натолкнул этот материал — Спектроскопия
Собственно благодаря наработкам автора, я собрал свой первый спектроскоп из пропускающей дифракционной решетки DVD диска и картонной коробки из под чая, а еще ранее до этого мне хватило плотного куска картона с прорезью и пропускающей решетки от DVD болванки.
Не могу сказать, что результаты были ошеломляющие, но первые спектры получить вполне удалось, чудом сохраненные фотографии процесса под спойлером
Фото спектроскопов и спектра
Самый первый вариант с куском картона
Второй вариант с коробкой из под чая
И отснятый спектр
Единственное для моего удобства, он модифицировал данную конструкцию USB видеокамерой, получилось вот так:
фото спектрометра
Сразу скажу, эта модификация избавила меня от необходимости пользоваться камерой мобильного телефона, но был один недостаток камеру не удалось откалибровать под настройки сервиса Spectral Worckbench (о котором пойдет ниже речь). Поэтому захват спектра в режиме реального времени мне осуществить не удалось, но распознавать уже собранные фотографии вполне.
Итак допустим вы купили или собрали спектроскоп по указанной выше инструкции.
После этого создайте учетную запись в проекте PublicLab.org и переходите на страницу сервиса SpectralWorkbench.org Дальше я опишу вам ту методику распознавания спектра, которой пользовался сам.
Для начала нам надо будет откалибровать наш спектрометр, Для этого вам будет необходимо получить снимок спектра люминесцентной лампы, желательно — большой потолочной, но подойдет и энергосберегающая лампа.
1) Нажимаем кнопку Capture spectra
2) Upload Image
3) Заполняем поля, выбираем файл, выбираем new calibration, выбираем девайс (можно выбрать мини спектроскоп или просто custom), выбираем какой у вас спектр вертикальный или горизонтальный, чтобы было понятно спектры на скриноте предыдущей программы — горизонтальные
4) Откроется окно с графиками.
5) Проверяем, как повернут ваш спектр. Слева должен быть синий диапазон, справа — красный. Если это не так выбираем кнопку more tools – flip horizontally, после чего видим, что изображение повернулось а график нет, так что нажимаем more tools – re-extract from foto, все пики снова соответствуют реальным пикам.
6) Нажимаем кнопку Calibrate, нажимаем begin, выбираем синий пик прямо на графике (см. скриншот), нажимаем ЛКМ и открывается всплывающее окно еще раз, теперь нам надо нажать finish и выбрать крайний зеленый пик, после чего страница обновиться и мы получим откалиброванное по длинам волн изображение.
Теперь можно заливать и другие исследуемые спектры, при запросе калибровки нужно указывать уже откалиброванный нами ранее график.
Скриншот
Вид настроенной программы
Внимание! Калибровка предполагает, что вы в дальнейшем будите делать снимки на тот же самый аппарат, который калибровали изменение аппарата разрешения снимков, сильное смещение спектра на фото относительно положения на откалиброванном примере, может исказить результаты измерения.
Честно признаюсь я свои снимки слегка правил в редакторе. Если где была засветка, затемнял окружение, иногда немного поворачивал спектр, чтобы получить прямоугольное изображение, но еще раз повторюсь размер файла и расположение относительно центра снимка самого спектра лучше не менять.
С остальными функциями вроде макросов, авто или ручной подстройки яркости я предлагаю вам разобраться самостоятельно, на мой взгляд они не так критичны.
Полученные графики потом удобно переносить в CSV, при этом первое число будет дробной (вероятно дробной) длинной волны, а через запятую будет усредненное относительное значение интенсивности излучения. Полученные значения красиво смотреться в виде графиков, построенных например в Scilab
У SpectralWorkbench.org есть приложения для смартфонов. Я ими не пользовался. поэтому оценить не могу.
Красочного вам дня во всех цветах радуги друзья.
Профессор химии Александр Щилин (Alexander Scheeline) из Университета Иллинойса сделал из мобильного телефона спектрометр, чтобы увлечь школьников аналитической химией.
Профессор собрал основной научный инструмент химика из недорогих материалов и цифровой камеры. Спектрофотометрия
является одним из наиболее широко используемых средств для идентификации и определения количества материалов. Если, например, нужно измерить количество протеина в мясе, воды в зерне или железа в крови – нужен спектрометр
.
Студент не может оценить работу спектрофотометрии, если пользуется загадочным «ящиком» лабораторного спектрометра. Он не понимает, что происходит внутри и просто меняет образцы и записывает результаты, – объясняет Александр Щилин. – Это не помогает учебному процессу. Если вы хотите научить кого-то творчески использовать инструмент и улучшать его, нужно что-то попроще и понятнее».
Рис. 1. Это все, что нужно для изготовления спектрометра.
Если вы хотите обратить внимание на недостатки инструмента, намного проще, когда эти недостатки очень большие и не компенсируются сложностью устройств и настройкой», – объясняет Александр Щилин.
В спектрометре белый свет проходит сквозь образец материала, который поглощает определенные длины волн света. Затем дифракционная решетка раскладывает свет на цвета, и химики могут анализировать спектр, определяя свойства образца.
Рис. 2. Собранный спектрометр. Светодиод просвечивает кювету прямо напротив решетки, которая закреплена прозрачным скотчем.
В качестве источника света профессор Щилин использовал один светодиод
, питаемый 3-вольтовой батарейкой. Дифракционную решетку, кюветы для образцов в США купить несложно и в итоге все оборудование стоит менее 3 долл. Осталось найти подходящую цифровую камеру, и тут ученый вспомнил, что у каждого школьника и студента есть мобильный телефон. После этого осталось только решить проблему обработки данных. Для этого профессор написал программу анализа спектров по фотографиям в формате jpeg и выложил ее в свободный доступ в интернет вместе с исходными кодами.
Впервые Александр Щилин продемонстрировал свое изобретение во время работы по программе обмена в Ханое (Вьетнам). Вьетнамские студенты не имели опыта работы с научными приборами, но с энтузиазмом приступили к экспериментам с сотовым телефоном-спектрометром.
Рис. 3. Мобильный телефон не заменит в серьезных научных исследованиях точный спектрометр, но не у каждого школьника есть 3000 долл. карманных денег для хобби.
В Соединенных Штатах профессор использовал самодельный спектрометр в ходе уроков в средней школе. К концу 45-минутного урока ученики усвоили вещи, которые ускользают от большинства учеников, использующих только учебники. Например, один ученик спросил о влиянии рассеянного света на чувствительность камеры и ее способность считывать спектр.
Старшеклассник, который еще час назад почти ничего не знал о спектрофотомерии, обнаружил основную проблему всех спектрометров, – радуется Александр Щилин. – С тех пор, как я начал преподавать, я пытался объяснить своим студентам концепцию воздействия рассеянного света на спектрометр и влияние этой проблемы на качество работы оборудования. И вдруг я увидел, как школьник сам понял суть этой проблемы и задал мне правильный вопрос!»
Ученый с радостью делится своим изобретением со школьными учителями и преподавателями ВУЗов на различных семинарах и с помощью интернета. Он надеется, что его изобретение усовершенствуют, например, напишут программу обработки изображений для смартфонов, что позволит избавиться от необходимости использовать компьютер. Мобильный телефон-спектрометр может увлечь массу людей аналитической химией, которая многим кажется сложной и непонятной наукой. Однако изобретение Александра Щилина демонстрирует, что врожденную любознательность человека легко пробудить – достаточно предложить простые, понятные и увлекательные творческие эксперименты.
В предыдущих статьях я описывал, как тестировал различные светодиоды для растений. Для анализа спектра я и взятые у знакомого учителя физики.
Но потребность в таком приборе появляется периодически и спектроскоп, а еще лучше спектрометр хотелось бы иметь под рукой.
Мой выбор — ювелирный спектроскоп с дифракционной решеткой
Раз вещь для ювелиров — то в комплекте шел «кожаный» чехол
Размеры у спектроскопа маленькие
Что в прочем было ясно из описания магазина
Собрано все крепко, так что расчлененки не будет.
Поверим и так, что с одной стороны трубки стоит объектив-линза, с другой дифракционная решетка и защитное стекло.
А внутри красивая радуга. Налюбовавшись ею вволю стал искать, а что бы такое посмотреть на спектре.
К сожалению, по прямому назначению спектроскоп применить не удалось, так как вся моя коллекция брильянтов и драгоценных камней ограничилась обручальным кольцом, совершенно непрозрачным и не дающим никакого спектра. Ну разве что в пламени горелки))).
Зато ртутная люминисцентная лампа честно дала много красивых полосок. Вволю налюбовавшись различными источниками света озадачился вопросом, что нужно картинку как то зафиксировать и спектр измерить.
Немного DIY
В голове уже давно крутилась картинка насадки на фотоаппарат, а под столом стоял , не прошедший еще последней модернизации, но вполне успешно справляющийся с ПВХ пластиком.
Конструкция получилась не очень красивой. Все таки люфты по X и Y я победил не до конца. Ничего ШВП уже лежат в сборе и ждут, когда опорные линейные рельсы приедут.
А вот функциональность получилось вполне приемлемой, чтобы радуга отобразилась на стареньком Canon, давно лежащем без дела.
Правда тут меня ждало разочарование. Красивая радуга становилась какой то дискретной.
Всему вина — RGB матрица любого фотоаппарата и камеры. Поигравшись с настройками баланса белого цвета и режимами съемки, я смирился с картинкой.
Ведь преломление света не зависит от того, каким цветом фиксировать изображение. Для спектрального анализа подошла бы и черно-белая камера с максимально равномерной чувствительностью по всей ширине измеряемого диапазона.
Методика спектрального анализа.
Путем проб и ошибок нарисовалась такая методика
1. Рисуется картинка шкалы видимого диапазона света (400-720нм), на ней обозначаются основные линии ртути для калибровки.
2. Снимается несколько спектров, обязательно с эталонным ртутным. В серии съемок нужно зафиксировать положение спектроскопа на объективе, чтобы исключить сдвиг спектра из серии снимков по горизонтали.
3. В графическом редакторе шкала подгоняется под ртутный спектр, а все остальные спектры масштабируются без горизонтального сдвига в редакторе. Получается что-то вроде этого
4. Ну а потом все загоняется в программу анализатор Cell Phone Spectrometer из этой статьи
Проверяем методику на зеленом лазере, у которого длина волны известна — 532нм
Погрешность получилась около 1% что при ручной методике подгона ртутных линий и рисования шкалы практически от руки очень даже неплохо.
Попутно узнал, что зеленые лазеры не прямого излучения, как красные или синие, а используют твердотельную диодную накачку (DPSS) с кучей вторичных излучений. Век живи — век учись!
Измерение длины волны красного лазера тоже подтвердило правильность методики
Для интереса померил спектр свечки
и горящего природного газа
Теперь можно мерить спектр светодиодов, например «полный спектр» для растений
Спектрометр готов и работает. Теперь буду готовить с его помощью следующий обзор — сравнение характеристик светодиодов разных производителей, дурят ли нас китайцы и как сделать правильный выбор.
Вкратце, полученным результатом доволен. Может быть имело смысл подключить спектроскоп к веб камере для непрерывного измерения спектра, как в этом проекте
Тестирование спектрометра моим помощником
Для исследования спектральных свойств (регистрации спектра) различных источников света применяются спектральные приборы — спектроскопы, спектрографы и спектрометры. Спектроскоп (англ. spectroscope) предназначен для визуального наблюдения спектров, спектрограф (англ. spectrograph) — для фотографирования спектров, спектрометр (англ. spectrometer) — для определения положения отдельных спектральных линий или регистрации спектра в виде кривой.
Вот как эти термины трактуются в «Словаре иностранных слов» , изданном в Москве в 1954 году:
Как же сделать спектроскоп своими руками?
Дифракционные решетки — естественные и искусственные
Одним из способов наблюдения спектрального состава света является использование дифракционной решетки, представляющей собой поверхность, на которую нанесено большое число регулярно (через шаг решетки $b$) расположенных штрихов/щелей/выступов. На дифракционной решетке наблюдается явление дифракции на щели (дифракция Фраунгофера) — отклонения от законов геометрической оптики.
Впервые дифракционную решетку применил Джеймс Грегори (James Gregory), использовавший в качестве решётки птичье перо. Он пропускал через перо солнечный свет и увидел его разложение на составлящие цвета. Также цвета крыльев многих бабочек обусловлены явлением дифракции.
Искусственную дифракционную решетку площадью 0,5 кв. дюйма впервые создал изобретатель из Филадельфии Дэвид Риттенхаус (David Rittenhouse) в 1875 году — из 50 натянутых волосков (шаг решетки составил 250 мкм), причем он смог наблюдать спектры шестого порядка.
Дэвид Риттенхаус
А вот как описаны проявления дифракции в быту в энциклопедическом словаре Брокгауза и Ефрона:
На аукционе ebay продаются дифракционные голографические решетки с шагом 1, 2 и 1,88 мкм:
DVD как дифракционная решетка
Но дифракционную решетку можно сделать и самому из … DVD-диска!
Диск DVD+R (DVD+RW) состоит из двух слоев: оптического (2) и отражающего (1).
Я разделил их с помощью ножа:
В DVD-R-диске слои имеют четкую границу между ними и достаточно легко отделяются друг от друга, в отличие от CD-R-диска:
В качестве дифракционной решетки (англ. diffraction grating) можно использовать как оптический (на пропускание — прозрачная решетка, англ. transmission grating), так и отражающий (на отражение — отражательная решетка, англ. reflective grating) слои.
Постоянная такой решетки (шаг между штрихами) для DVD-диска составляет 0,74 мкм (для CD-диска — 1,6 мкм).
Я вырезал из оптического слоя диска DVD+R фрагмент, получив импровизированную прозрачную дифракционную решетку:
Наблюдать дифракцию можно, направив на этот фрагмент (3) луч (2) от лазерной указки(1). При этом на экране появляются не одно, а три пятна — максимума (4,5,6):
5 — пятно нулевого порядка;
6 — пятна первого порядка
При падении на решетку луча с длиной волны $lambda$ под углом $i$ к нормали решетки максимумы получаются под углами $theta$, определяемыми соотношением:
$k lambda = b (sin i + sin theta)$ , где $k$ — порядок спектра, $b$ — постоянная решетки (шаг между штрихами).
Для случая падения луча света под прямым углом формула преобразуется к виду:
$k lambda = b sin theta$, что для пятна первого порядка дает выражение $lambda = b sin theta$.
Вот как это выглядит в реальности (я использовал «зеленую» лазерную указку с длиной волны 532 нм):
На расстоянии в 43 см от решетки до экрана расстояние от центрального до крайнего пятна составляет 38,5 см, что соответствует углу 42°.
Проверка дает угол, равный 46°. Это практически совпадает с экспериментальным результатом!
Дифракционные пятна от излучения красного лазера удалены от центрального пятна на большее расстояние, что согласуется с вышеприведенной формулой (длина световой волны красного лазера больше, чем зеленого).
Приложив этот фрагмент дифракционной решетки вплотную к камере смартфона, я получил спектрограф:
Вот как выглядит на снимке камеры смартфона спектр излучения лампы дневного света:
Искривление линий спектра обусловлено кривизной бороздок на поверхности оптического слоя DVD-диска.
Вращая импровизированную дифракционную решетку, можно выбрать оптимальный вид и положение спектра.
Наблюдавшиеся мной спектры источников света
Вот так выглядят спектры различных источников, которые я получил с помощью вырезанного фрагмента оптического слоя DVD+R-диска:
спектр солнечного света
спектр, как и следовало ожидать, непрерывен во всей видимой области (от фиолетового до красного цветов):
спектр солнечного света, отраженного от Луны:
спектр пламени спички
непрерывный спектр
спектры ламп накаливания
спектр тоже непрерывен, как и спектр солнечного света:
спектры ламп дневного света (люминесцентных ламп)
лампа дневного света:
при вращении импровизированной дифракционной решетки спектр превращается в полоску, на которой выделяются две линии — в фиолетовой и зеленой области спектра:
это линии излучения ртути — фиолетовая с длиной волны 435,8 нм и зеленая с длиной волны 546,1 нм
спектры КЛЛ (компактных люминесцентных ламп)
спектр дискретен (отчетливо видны несколько повторяющихся контуров спирального корпуса лампы):
при повороте фрагмента оптического слоя и смартфона контура превращаются в полоски:
Колба изнутри покрыта люминофорами, которые под действием ультрафиолетового излучения от разряда в лампе излучают видимый свет (каждый люминофор — в своей полосе спектра, применяются обычно три или четыре люминофора).
Вот как выглядит спектр излучения КЛЛ с цветовой температурой 4000 K в крупном масштабе:
1 — синяя линия
2 — полоса свечения в синей области спектра
3 — голубая линия
4 — зеленая линия
5 — оранжевая линия
6 — красная линия
Сравнительная таблица спектров КЛЛ с различной цветовой температурой:
спектры светодиодов
спектр «белого» светодиода:
спектр светодиодной лампы:
Сравнительная таблица спектров светодиодных ламп с различной цветовой температурой:
спектр расположенных рядом на плате ноутбука индикаторных светодиодов белого и оранжевого цвета:
спектр неоновой лампы
спектры ламп уличных фонарей
Для уличного освещения применяются светильники с лампами:
ДРЛ — дуговая ртутная лампа с люминофорным покрытием («Д» — дуговая, «Р» — ртутная, «Л» — люминофорная) (ртутная лампа высокого давления, РЛВД) (англ. HPL-N, HQL) — излучает белый свет, требуется пускорегулирующая аппаратура (ПРА)
ДРВ — дуговая ртутная лампа с вольфрамовой нитью внутри («Д» — дуговая, «Р» — ртутная, «В» — вольфрамовая), чем отличается от ДРЛ (наличие вольфрамовой нити приводит к возникновению бареттерного эффекта, что стабилизирует ток лампы) — излучает тепло-белый свет (цветопередача лучше, чем у ДРЛ)
Выглядят лампы ДРВ и ДРЛ вот так:
А вот вид фонаря с такой лампой:
В лампах ДРЛ и ДРВ разряд излучает зеленый и ультрафиолетовый свет, а люминофор, которым покрыта колба, излучает под действием ультрафиолета красный свет. Сочетание этих цветов дает белый цвет.
ДНаТ — дуговая натриевая трубчатая лампа («Д» — дуговая, «На» -натриевая, «Т» — трубчатая) (натриевая лампа высокого давления (НЛВД)) (англ. HPS) — излучает желтый свет (но в отличие от ДРЛ не имеет пика в красной и ультрафиолетовой областях спектра)
Выглядят лампы ДНаТ так:
Вот такая лампа смонтирована в одном из уличных фонарей:
Сейчас такие лампыы чаще всего используются для уличного освещения.
А вот как выглядит ее спектр:
Спектр этой лампы дискретный, с явным преобладанием красно-желто-зеленой области спектра
Вот так выглядит полученный мной спектр такой лампы в крупном масштабе:
1 — синяя линия
2 — синяя линия
3 — голубая линия около 470 нм
4 — голубая линия около 495 нм
5 — зеленая линия около 570 нм
6 — желтая линия с полосой поглощения около 595 нм
7 — красная линия (около 630 нм)
Полученная картина спектра обладает хорошей линейностью:
А вот спектры еще некоторых таких ламп:
Как видно, здесь наблюдается такая же структура спектра.
ДРИ — металогалогенная (МГЛ) лампа — («Д» — дуговая, «Р» — ртутная, «И» — с излучающими добавками), в ртутные пары добавляется галогенид металла — излучает холодно-белый свет (хорошая цветопередача, но существенный пик в синей области спектра), требуется пускорегулирующая аппаратура (ПРА)
Выглядят лампы ДРИ так:
спектр искрового разряда
Вот как выглядит спектр искрового разряда в разряднике моей катушки Тесла:
Иногда можно увидеть и спектр второго порядка, например, для солнечного света:
Также интерес представляет прохождение света через полупрозрачную среду, например, цветной целлофан.
Конструкция DVD-спектроскопа
Для расщепления спектра света используют либо призму (в старых спектроскопах), либо дифракционную решетку (в новых).
Вот так выглядит конструкция спектроскопа, работающего на пропускание:
1 — корпус
2 — щеки щели
3 — щель
4 — прозрачная дифракционная решетка
5 — смотровое отверстие
А вот так устроен спектроскоп, работающий на отражение (англ. reflection spectroscope):
1 — корпус
2 — щеки щели
3 — щель
4 — отражающая дифракционная решетка
5 — смотровое отверстие
В качестве корпуса рекомендуется использовать почтовую коробку (среднего или малого размера), коробку из-под обуви, упаковка из-под овсянки.
Для щек щели рекомендуется использовать либо визитные карточки, либо половинки лезвия. Чем шире щель, тем более расплывчатым будет спектр, чем уже — тем меньше будет яркость спектра. Рекомендуется ширина 0,2 мм.
Для светоизоляции корпуса рекомендуется использовать алюминиевую фольгу или ленту.
На аукционе ebay продается вот такой Diffraction Grating Spectroscope Kit:
Перья птиц как дифракционные решетки
Перо птицы имеет настолько тонкую структуру, что может выступать в роли дифракционной решетки.
Структура птичьего пера показана в энциклопедическом словаре Брокгауза и Ефрона:
s — стержень; a — бородки; st — бородочки
Переплетение бородочек и образует дифракционную решетку.
Перо №1
Я извлек перо из перьевой подушки.
Вот так выглядит структура этого перышка под моим микроскопом из веб-камеры (видны стержень, несущий опахало из бородок (лучей первого порядка) и бородочек (лучей второго порядка)):
Направив луч зеленой лазерной указки с длиной волны $lambda$ 532 нм на это перо, я увидел дифракционную картину:
На расстоянии в 60 см от пера до экрана расстояние от центрального пятна до пятна первого порядка составило 1 см, что соответствует углу $theta$ 0,95°.
Таким образом, период дифракционной решетки пера $b = {lambda over {sin theta}}$ составляет 32 мкм.
Перо №2
Второе перо мы нашли в саду:
Вот структура пера под моим микроскопом из веб-камеры (1 — светлая область, 2 — темная область):
Направив луч зеленой лазерной указки с длиной волны $lambda$ 532 нм на это перо, я увидел дифракционную картину:
1 — пятно от луча лазера без дифракции;
2 — дифракционная картина
На расстоянии в 19 см от пера до экрана расстояние от центрального пятна до пятна первого порядка составило 0,7 см, что соответствует углу $theta$ 2,1°.
Таким образом, период дифракционной решетки пера $b = {lambda over {sin theta}}$ составляет 15 мкм.
Радуга
Радуга — сложное оптическое явление, в котором проявляются эффекты как дисперcии, так и дифракции.
Часто наблюдаются основная (1) и вторичная (2) радуги:
Явление радуги объясняетcя совместным действием преломления и дифракции на беспорядочно расположенных шарообразных капельках воды.
Интересные ссылки
http://www.pl.euhou.net/docupload/files/Excersises/WorldAroundUs/Diffraction/Diffraction_on_bird_feather1.doc — описание опытов с дифракцией на птичьих перьях
http://astro.u-strasbg.fr/~koppen/spectro/mk4e.html — описание построения работающего на пропускание CD-спектроскопа
http://www.inpharmix.com/jps/CD_spectro.html — описание построения спектрографов из дисков и ПВХ-труб
журнал «Юный техник» №5 за 2011 год — описана конструкция спектроскопа, работающего на отражение
Продолжение следует