Почему радужный узор образуется на поверхности CD или DVD при дифракции света?
Многие замечали, как поверхность компакт-дисков переливается всеми цветами радуги при попадании света. Это удивительное явление связано с физическим процессом под названием дифракция — огибание световой волной препятствий.
Дифракция возникает, когда свет встречает на своем пути препятствия соразмерные с длиной волны света. Поверхность CD и DVD содержит микроскопические дорожки с информацией, которые и становятся такими препятствиями для световых волн.
Физика процесса дифракции на CD/DVD
- Информация на диске записывается в виде спиральной дорожки с питами (углублениями) шириной около 0.5 микрона. Расстояние между витками дорожки — примерно 1.6 микрона.
- Когда белый свет (содержащий все цвета видимого спектра) падает на поверхность диска, он отражается как от верхнего слоя, так и от углублений.
- Разные цвета (длины волн) отклоняются на разные углы из-за разности хода световых волн, отражающихся от соседних дорожек.
- Глаз наблюдателя воспринимает это как радужные переливы, цвет которых зависит от угла наблюдения.
Интересные факты о дифракции на оптических дисках
- Чем плотнее записан диск (DVD по сравнению с CD), тем больше цветов можно наблюдать. Это связано с уменьшением расстояния между дорожками - до 0.74 микрона для DVD.
- При определенных углах можно наблюдать не только первый порядок дифракции, но и второй, когда цвета располагаются в обратном порядке.
- Blu-ray диски с их дорожками всего в 0.32 микрона проявляют еще более сложные дифракционные картины.
- Цветовые переливы можно использовать для грубой оценки качества записи: оригинальные диски обычно дают более интенсивные и четкие радужные узоры.
Теоретическое пояснение
Условие дифракции описывается формулой: d·sinθ = m·λ, где:
- d — расстояние между дорожками
- θ — угол дифракции
- m — порядок дифракции (1, 2, ...)
- λ — длина световой волны
В таблице ниже приведены примерные углы дифракции для разных цветов при нормальном падении света на CD:
| Цвет | Длина волны (нм) | Угол первого порядка |
|---|
| Фиолетовый | 400 | ~14.5° |
| Синий | 470 | ~17° |
| Зеленый | 530 | ~19° |
| Желтый | 580 | ~21° |
| Красный | 700 | ~25.5° |
Почему мы видим именно радугу?
Белый солнечный свет содержит все цвета видимого спектра. При дифракции каждый цвет отклоняется на свой угол, разделяясь на спектральные составляющие — именно поэтому мы видим все цвета радуги в определенной последовательности (от фиолетового к красному при увеличении угла наблюдения).
Интересно, что радужный узор на CD — это пример дифракции на решетке, где в качестве дифракционных щелей выступают промежутки между информационными дорожками.
Такое явление не уникально для оптических дисков. Аналогичные эффекты можно наблюдать:
- На крыльях некоторых бабочек
- На мыльных пузырях
- На поверхности некоторых минералов
- На голографических наклейках