Difrakce bílého světla na kompaktním disku
Pokus číslo: 1840
Cíl pokusu
Cílem experimentu je demonstrovat rozklad bílého světla na barvy pomocí CD, které hraje roli reflexní optické mřížky.
Teorie
V experimentu Difrakce bílého světla na optické mřížce je popsán mechanismus vzniku difrakčních maxim při průchodu bílého světla optickou mřížkou složenou z velkého množství ekvidistantních štěrbin. Kompaktní disk (CD) je se svojí strukturou velmi blízkých ekvidistantních vrypů analogií optické mřížky, kde ovšem difrakční jevy nevznikají díky prošlým, ale díky odraženým světelným vlnám – o CD se proto někdy hovoří jako o tzv. reflexní mřížce.
Na obr. 1 je znázorněn průřez kompaktním diskem – šířka vrypu je značena \(y\), šířka proužku neporušeného povrchu disku \(x\). Jeden proužek a jeden vryp společně tvoří tzv. difrakční element o šířce \(b=x+y\), kde \(b\) je mřížková konstanta, pro standardní CD: \(b=1600\,\mathrm{nm}\).
Difrakční obrazec pak vzniká interferencí světelných vln vznikajících dle Huygensova principu na proužcích neporušeného povrchu disku.
Pomůcky
Kompaktní disk, zdroj (ideálně bílého) světla, stojan.
Postup
Kompaktní disk přelepte na jeho záznamové straně z větší části papírem tak, aby jako optická mřížka fungovala pouze malá část disku (obr. 2 vlevo).
Upevněte CD před zdroj světla (obr. 2 vpravo), zapněte zdroj a pozorujte difrakční obrazec.
Vzorový výsledek
Obrázek 3 ukazuje rozklad bílého světla na barvy získaný pomocí difrakce na kompaktním disku. Kromě bílého centrálního maxima a maxim 1. řádu lze na levé stěně pozorovat také maximum 2. řádu.
Technické poznámky
Je vhodné učebnu, ve které experiment provádíte, alespoň částečně zatemnit, spektrum je pak lépe viditelné.
Metodické poznámky
Při provádění experimentu je důležité studenty upozornit, že na optické mřížce nedochází k „běžnému“ odrazu světla a pro vysvětlení ohybových obrazců je nezbytné brát v potaz vlnovou povahu světla.
Celý experiment můžete provést se zdrojem monochromatického světla, například laserovým ukazovátkem. Naměřením polohy \(n\)-tého maxima pak lze ověřit mřížkovou rovnici (z vlnové délky laseru dopočítat mřížkovou konstantu či naopak). Tento výpočet je popsán v experimentu Difrakce monochromatického světla na kompaktním disku.
Rozkladu dopadajícího světla optickou mřížkou se využívá při studiu emisních spekter světelných zdrojů – takovými měřeními se zabývají experimenty Spektra běžných světelných zdrojů a Čárové spektrum výbojek.
