Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Дифракционная картина


Дифракция света | ЭТО ФИЗИКА

Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. Как показывает опыт, свет при определенных условиях может заходить в область геометрической тени. Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос.

Дифракционные явления были хорошо известны еще во времена Ньютона, но объяснить их на основе корпускулярной теории света оказалось невозможным. Первое качественное объяснение явления дифракции на основе волновых представлений было дано английским ученым Т.Юнгом. Независимо от него в 1818 г. французский ученый О.Френель развил количественную теорию дифракционных явлений. В основу теории Френель положил принцип Гюйгенса, дополнив его идеей об интерференции вторичных волн. Принцип Гюйгенса в его первоначальном виде позволял находить только положения волновых фронтов в последующие моменты времени, т. е. определять направление распространения волны. По существу, это был принцип геометрической оптики. Гипотезу Гюйгенса об огибающих вторичных волнах Френель заменил физически ясным положением, согласно которому вторичные волны, приходя в точку наблюдения, интерферируют друг с другом. Принцип Гюйгенса–Френеля также представлял собой определенную гипотезу, но последующий опыт подтвердил ее справедливость. В ряде практически важных случаев решение дифракционных задач на основе этого принципа дает достаточно хороший результат. Рис. 3.8.1 иллюстрирует принцип Гюйгенса–Френеля.

Рисунок 3.8.1.

Принцип Гюйгенса–Френеля. ΔS1 и ΔS2 – элементы волнового фронта,  и   – нормали

Пусть поверхность S представляет собой положение волнового фронта в некоторый момент. В теории волн под волновым фронтом понимают поверхность, во всех точках которой колебания происходят с одним и тем же значением фазы (синфазно). В частности, волновые фронта плоской волны – это семейство параллельных плоскостей, перпендикулярных направлению распространения волны. Волновые фронта сферической волны, испускаемой точечным источником – это семейство концентрических сфер.

Для того чтобы определить колебания в некоторой точке P, вызванное волной, по Френелю нужно сначала определить колебания, вызываемые в этой точке отдельными вторичными волнами, приходящими в нее от всех элементов поверхности S (ΔS1, ΔS2 и т. д.), и затем сложить эти колебания с учетом их амплитуд и фаз. При этом следует учитывать только те элементы волновой поверхности S, которые не загораживаются каким-либо препятствием.

Рассмотрим в качестве примера простую дифракционную задачу о прохождении плоской монохроматической волны от удаленного источника через небольшое круглое отверстие радиуса R в непрозрачном экране (рис. 3.8.2).

Рисунок 3.8.2.

Дифракция плоской волны на экране с круглым отверстием

Точка наблюдения P находится на оси симметрии на расстоянии L от экрана. В соответствии с принципом Гюйгенса–Френеля следует мысленно заселить волновую поверхность, совпадающую с плоскостью отверстия, вторичными источниками, волны от которых достигают точки P. В результате интерференции вторичных волн в точке P возникает некоторое результирующее колебание, квадрат амплитуды которого (интенсивность) нужно определить при заданных значениях длины волны λ, амплитуды A0 падающей волны и геометрии задачи. Для облегчения расчета Френель предложил разбить волновую поверхность падающей волны в месте расположения препятствия на кольцевые зоны (зоны Френеля) по следующему правилу: расстояние от границ соседних зон до точки P должны отличается на половину длины волны, т. е.

Если смотреть на волновую поверхность из точки P, то границы зон Френеля будут представлять собой концентрические окружности (рис. 3.8.3).

Рисунок 3.8.3.

Границы зон Френеля в плоскости отверстия

Из рис. 3.8.2 легко найти радиусы ρm зон Френеля:

Так в оптике λ << L, вторым членом под корнем можно пренебречь. Количество зон Френеля, укладывающихся на отверстии, определяется его радиусом R:

Здесь m – не обязательно целое число. Результат интерференции вторичных волн в точке P зависит от числа m открытых зон Френеля. Легко показать, что все зоны имеют одинаковую площадь:

Одинаковые по площади зоны должны были бы возбуждать в точке наблюдения колебания с одинаковой амплитудой. Однако у каждой последующей зоны угол α между лучом, проведенным в точку наблюдения, и нормалью к волновой поверхности возрастает. Френель высказал предположение (подтвержденное экспериментом), что с увеличением угла α амплитуда колебаний уменьшается, хотя и незначительно:

A1 > A2 > A3 > ... > A1,

где Am – амплитуда колебаний, вызванных m-й зоной.

С хорошим приближением можно считать, что амплитуда колебаний, вызываемых некоторой зоной, равна среднему арифметическому из амплитуд колебаний, вызываемых двумя соседними зонами, т. е.

Так как расстояния от двух соседних зон до точки наблюдения отличаются на λ / 2, следовательно, возбуждаемые этими зонами колебания находится в противофазе. Поэтому волны от любых двух соседних зон почти гасят друг друга. Суммарная амплитуда в точке наблюдения есть

A = A1 – A2 + A3 – A4 + ... = A1 – (A2 – A3) – (A4 – A5) – ... < A1.

Таким образом, суммарная амплитуда колебаний в точке P всегда меньше амплитуды колебаний, которые вызвала бы одна первая зона Френеля. В частности, если бы были открыты все зоны Френеля, то до точки наблюдения дошла бы невозмущенная препятствием волна с амплитудой A0. В этом случае можно записать:

так как выражения, стоящие в скобках, равны нулю. Следовательно, действие (амплитуда), вызванное всем волновым фронтом, равно половине действия одной первой зоны.

Итак, если отверстие в непрозрачном экране оставляет открытой только одну зону Френеля, то амплитуда колебаний в точке наблюдения возрастает в 2 раза (а интенсивность – в 4 раза) по сравнению с действием невозмущенной волны. Если открыть две зоны, то амплитуда колебаний обращается в нуль. Если изготовить непрозрачный экран, который оставлял бы открытыми только несколько нечетных (или только несколько четных) зон, то амплитуда колебаний резко возрастет. Например, если открыты 1, 3 и 5 зоны, то

Такие пластинки, обладающие свойством фокусировать свет, называются зонными пластинками.

При дифракции света на круглом диске закрытыми оказываются зоны Френеля первых номеров от 1 до m. Тогда амплитуда колебаний в точке наблюдения будет равна

или A = Am + 1 / 2, так как выражения, стоящие в скобках, равны нулю. Если диск закрывает зоны не слишком больших номеров, то Am + 1 ≈ 2A0 и A ≈ A0, т. е. в центре картины при дифракции света на диске наблюдается интерференционный максимум. Это – так называемое пятно Пуассона, оно окружено светлыми и темными дифракционными кольцами.

Оценим размеры зон Френеля. Пусть, например, дифракционная картина наблюдается на экране, расположенном на расстоянии L = 1 м от препятствия. Длина волны света λ = 600 нм (красный свет). Тогда радиус первой зоны Френеля есть

Таким образом, в оптическом диапазоне вследствие малости длины волны размер зон Френеля оказывается достаточно малым. Дифракционные явления проявляются наиболее отчетливо, когда на препятствии укладывается лишь небольшое число зон:

Это соотношение можно рассматривать как критерий наблюдения дифракции. Если число зон Френеля, укладывающихся на препятствии, становится очень большим, дифракционные явления практически незаметны:

Это сильное неравенство определяет границу применимости геометрической оптики. Узкий пучок света, который в геометрической оптике называется лучом, может быть сформирован только при выполнении этого условия. Таким образом, геометрическая оптика является предельным случаем волновой оптики.

Выше был рассмотрен случай дифракции света от удаленного источника на препятствиях круглой формы. Если точечный источник света находится на конечном расстоянии, то на препятствие падает сферически расходящаяся волна. В этом случае геометрия задачи несколько усложняется, так как теперь зоны Френеля нужно строить не на плоской, а на сферической поверхности (рис. 3.8.4).

Рисунок 3.8.4.

Зоны Френеля на сферическом фронте волны

Расчет приводит к следующему выражению для радиусов ρm зон Френеля на сферическом фронте волны:

Все выводы изложенной выше теории Френеля остаются справедливыми и в этом случае.

Следует отметить, что теория дифракции (и интерференции) световых волн применима к волнам любой физической природы. В этом проявляется общность волновых закономерностей. Физическая природа света в начале XIX века, когда Т.Юнг, О.Френель и другие ученые развивали волновые представления, еще не была известна.

www.its-physics.org

дифракционная картина - это... Что такое дифракционная картина?

 дифракционная картина diffraction pattern

Большой англо-русский и русско-английский словарь. 2001.

  • дифракционная антенна
  • дифракционная линия

Смотреть что такое "дифракционная картина" в других словарях:

  • дифракционная картина — Интерференционная картина, возникающая при интерференции света, дифрагировавшего на оптических неоднородностях. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 79. Физическая оптика. Академия наук СССР. Комитет научно технической терминологии. 1970 г.]… …   Справочник технического переводчика

  • дифракционная картина — difrakcinis vaizdas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. diffraction image; diffraction pattern vok. Beugungsbild, n; Beugungserscheinung, f rus. дифракционная картина, f; дифракционное изображение, n pranc. figure de diffraction, f; image …   Fizikos terminų žodynas

  • дифракционная картина Лауэ — Lauės difrakcinis vaizdas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Laue diffraction pattern vok. Laue Beugungsbild, n rus. дифракционная картина Лауэ, f pranc. figure de difraction Laue, f …   Fizikos terminų žodynas

  • картина дифракционная — Отображение кристаллич. структуры в виде линий или точек на фоточувствит. материале, создав. дифрагиров. пучками эл нов, нейтронов или рентг. лучей. [http://metaltrade.ru/abc/a.htm] Тематики металлургия в целом EN diffraction pattern …   Справочник технического переводчика

  • Картина дифракционная — [diffraction pattern] отображение кристаллической структуры в виде линий или точек на фоточувствительном материале, создаваемое, дифрагированными пучками электронов, нейтронов или рентгеновских лучей …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА — раздел физики, изучающий структуру и свойства твердых тел. Научные данные о микроструктуре твердых веществ и о физических и химических свойствах составляющих их атомов необходимы для разработки новых материалов и технических устройств. Физика… …   Энциклопедия Кольера

  • ОПТИКА — раздел физики, в котором рассматриваются все явления, связанные со светом, включая инфракрасное и ультрафиолетовое излучение (см. также ФОТОМЕТРИЯ; ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ). ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА Геометрическая оптика основывается на… …   Энциклопедия Кольера

  • Дуализм корпускулярно-волновой — Квантовая механика Принцип неопределённости Введение ... Математическая формулировка ... Основа …   Википедия

  • Корпускулярно-волновой дуализм —     Квантовая механика …   Википедия

  • Волны —         изменения состояния среды (возмущения), распространяющиеся в этой среде и несущие с собой энергию. Например, удар по концу стального стержня вызывает на этом конце местное сжатие, которое распространяется затем вдоль стержня со скоростью… …   Большая советская энциклопедия

  • РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ — невидимое излучение, способное проникать, хотя и в разной степени, во все вещества. Представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны порядка 10 8 см. Как и видимый свет, рентгеновское излучение вызывает почернение фотопленки. Это его… …   Энциклопедия Кольера

Книги

  • 11 класс. Физика, Сборник. Диск предназначен в помощь учащимся 11 классов, изучающим физику на базовом уровне. Он включает в себя теоретический материал, состоящий из 15 основных разделов школьной программы. Простота… Подробнее  Купить за 149 руб аудиокнига

dic.academic.ru

Дифракция света

7

Л3-4

Дифракция света

Дифракцией называется огибание волнами препятствий, встречающихся на их пути, или в более широком смысле – любое отклонение распространения волн вблизи препятствий от законов геометрической оптики. Благодаря дифракции волны могут попадать в область геометрической тени, огибать препятствия, проникать через небольшое отверстие в экранах и т.д.

Между интерференцией и дифракцией нет существенного физического различия. Оба явления заключаются в перераспределении светового потока в результате наложения (суперпозиции) волн. По историческим причинам отклонение от закона независимости световых пучков, возникающее в результате суперпозиции когерентных волн, принято называть интерференцией волн. Отклонение от закона прямолинейного распространения света, в свою очередь, принято называть дифракцией волн.

Наблюдение дифракции осуществляется обычно по следующей схеме. На пути световой волны, распространяющейся от некоторого источника, помещается непрозрачная преграда, закрывающая часть волновой поверхности световой волны. За преградой располагается экран, на котором возникает дифракционная картина.

Различают два вида дифракции. Если источник света Sи точка наблюденияPрасположены от препятствия настолько далеко, что лучи, падающие на препятствие, и лучи, идущие в точкуP, образуют практически параллельные пучки, говорят одифракции в параллельных лучахили одифракции Фраунгофера. В противном случае говорят одифракции Френеля. Дифракцию Фраунгофера можно наблюдать, поместив за источником светаSи перед точкой наблюденияPпо линзе так, чтобы точкиSиPоказались в фокальной плоскости соответствующей линзы (рис.).

Принципиально дифракция Фраунгофера не отличается от дифракции Френеля. Количественный критерий, позволяющий установить, какой вид дифракции имеет место, определяется величиной безразмерного параметра , гдеb– характерный размер препятствия,l– расстояние между препятствием и экраном, на котором наблюдается дифракционная картина,– длина волны. Если

Явление дифракции качественно объясняется с помощью принципа Гюйгенса, согласно которому каждая точка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн задает положение волнового фронта в следующий момент времени. Для монохроматической волны волновая поверхность есть поверхность, на которой колебания совершаются в одинаковой фазе.

Пусть плоская волна нормально падает на отверстие в непрозрачном экране (рис.). Согласно Гюйгенсу, каждая точка выделяемого отверстием участка волнового фронта служит источником вторичных волн (в изотропной среде они сферические). Построив огибающую вторичных волн для некоторого момента времени, видим, что фронт волны заходит в область геометрической тени, т.е. огибает края отверстия.

Принцип Гюйгенса решает лишь задачу о направлении распространения волнового фронта, но не затрагивает вопроса об амплитуде, а, следовательно, и об интенсивности на фронте волны. Из повседневного опыта известно, что в большом числе случаев лучи света не отклоняются от их прямолинейного распространения. Так, предметы, освещенные точечным источником света, дают резкую тень. Таким образом, принцип Гюйгенса нуждается в дополнении, позволяющем определять интенсивность волны.

Френель дополнил принцип Гюйгенса идеей интерференции вторичных волн. Согласно принципу Гюйгенса-Френеля, световая волна, возбуждаемая каким-либо источникомS, может быть представлена как результат суперпозиции когерентных вторичных волн, излучаемых малыми элементами некоторой замкнутой поверхности, охватывающей источникS. Обычно в качестве этой поверхности выбирают одну из волновых поверхностей, поэтому источники вторичных волн действуют синфазно. В аналитическом виде для точечного источника этот принцип записывается в виде

, (1) гдеE– световой вектор, включающий в себя временную зависимость,k– волновое число,r– расстояние от точкиPна поверхности Sдо точкиP,K – коэффициент, зависящий от ориентации площадки по отношению к источнику и точкеP. Правомерность формулы (1) и вид функцииKустанавливается в рамках электромагнитной теории света (в оптическом приближении).

В том случае, когда между источником Sи точкой наблюденияPимеются непрозрачные экраны с отверстиями, действие этих экранов может быть учтено следующим образом. На поверхности непрозрачных экранов амплитуды вторичных источников считаются равными нулю; в области отверстий амплитуды источников такие же, как при отсутствии экрана (так называемое приближение Кирхгофа).

Метод зон Френеля.Учет амплитуд и фаз вторичных волн позволяет в принципе найти амплитуду результирующей волны в любой точке пространства и решить задачу о распространении света. В общем случае расчет интерференции вторичных волн по формуле (1) довольно сложный и громоздкий. Однако ряд задач можно решить, применив чрезвычайно наглядный прием, заменяющий сложные вычисления. Метод этот получил название методазон Френеля.

Суть метода разберем на примере точечного источника света S. Волновые поверхности представляют собой в этом случае концентрические сферы с центром в S.Разобьем изображенную на рисунке волновую поверхность на кольцевые зоны, построенные так, что расстояния от краев каждой зоны до точкиPотличаются на. Обладающие таким свойством зоны называютсязонами Френеля. Из рис. видно, что расстояниеот внешнего края – m-й зоны до точкиPравно

, гдеb– расстояние от вершины волновой поверхностиOдо точкиP.

Колебания, приходящие в точку Pот аналогичных точек двух соседних зон (например, точек, лежащих в середине зон или у внешних краев зон), находятся в противофазе. Поэтому колебания от соседних зон будут взаимно ослаблять друг друга и амплитуда результирующего светового колебания в точкеP

, (2) где,, … – амплитуды колебаний, возбуждаемых 1-й, 2-й, … зонами.

Для оценки амплитуд колебаний найдем площади зон Френеля. Пусть внешняя граница m-й зоны выделяет на волновой поверхности сферический сегмент высоты. Обозначив площадь этого сегмента через, найдем, что, площадьm-й зоны Френеля равна. Из рисунка видно, что. После несложных преобразований, учитываяи, получим

. Площадь сферического сегмента и площадьm-й зоны Френеля соответственно равны

,. (3) Таким образом, при не слишком большихmплощади зон Френеля одинаковы. Согласно предположению Френеля, действие отдельных зон в точкеPтем меньше, чем больше уголмежду нормальюn к поверхности зоны и направлением наP, т.е. действие зон постепенно убывает от центральной к периферийным. Кроме того, интенсивность излучения в направлении точкиPуменьшается с ростомmи вследствие увеличения расстояния от зоны до точкиP. Таким образом, амплитуды колебаний образуют монотонно убывающую последовательность

.

Общее число зон Френеля, умещающихся на полусфере, очень велико; например, при ичисло зон достигает~106. Это означает, что амплитуда убывает очень медленно и поэтому можно приближенно считать

. (4) Тогда выражение (2) после перегруппировки суммируется

, (5) так как выражения в скобках, согласно (4), равны нулю, а вклад последнего слагаемого ничтожно мал. Таким образом, амплитуда результирующих колебаний в произвольной точкеPопределяется как бы половинным действием центральной зоны Френеля.

При не слишком больших mвысота сегмента, поэтому можно считать, что. Подставив значение для, получим для радиуса внешней границыm-й зоны

. (6) Приирадиус первой (центральной) зоны. Следовательно, распространение света отSкPпроисходит так, как если бы световой поток шел внутри очень узкого канала вдольSP, т.е. прямолинейно.

Правомерность деления волнового фронта на зоны Френеля подтверждена экспериментально. Для этого используются зонная пластинка – в простейшем случае стеклянная пластинка, состоящая из системы чередующихся прозрачных и непрозрачных концентрических колец, с радиусами зон Френеля заданной конфигурации. Если поместить зонную пластинку в строго определенном месте (на расстоянии aот точечного источника и на расстоянииbот точки наблюдения), то результирующая амплитуда будет больше, чем при полностью открытом волновом фронте.

Дифракция Френеля на круглом отверстии.Дифракция Френеля наблюдается на конечном расстоянии от препятствия, вызвавшего дифракцию, в данном случае экрана с отверстием. Сферическая волна, распространяющаяся от точечного источникаS, встречает на своем пути экран с отверстием. Дифракционная картина наблюдается на экране, параллельном экрану с отверстием. Ее вид зависит от расстояния между отверстием и экраном (для данного диаметра отверстия). Проще определить амплитуду световых колебаний в центре картины. Для этого разобьем открытую часть волновой поверхности на зоны Френеля. Амплитуда колебания, возбуждаемая всеми зонами равна

, (7) где знак плюс отвечает нечетнымmи минус – четнымm.

Когда отверстие открывает нечетное число зон Френеля, то амплитуда (интенсивность) в центральной точке будет больше, чем при свободном распространении волны; если четное то амплитуда (интенсивность) будет равна нулю. Например, если отверстие открывает одну зону Френеля, амплитуда , то интенсивность () больше в четыре раза.

Расчет амплитуды колебания на внеосевых участках экрана более сложен, так как соответствующие зоны Френеля частично перекрываются непрозрачным экраном. Качественно ясно, что дифракционная картина будет иметь вид чередующихся темных и светлых колец с общим центром (если mчетное, то в центре будет темное кольцо, еслиmнечетное – то светлое пятно), причем интенсивность в максимумах убывает с расстоянием от центра картины. Если отверстие освещается не монохроматическим светом, а белым светом, то кольца окрашены.

Рассмотрим предельные случаи. Если отверстие открывает лишь часть централь­ной зоны Френеля, на экране получается размытое светлое пятно; чередования светлых и темных колец в этом случае не возникает. Если отверстие открывает большое число зон, то и амплитуда в центре, т.е. такая же, как и при полностью открытом волновом фронте; чередование светлых и темных колец происходит лишь в очень узкой области на границе геометрической тени. Фактически дифракционная картина не наблюдается, и распространение света, по сути, является прямолинейным.

Дифракция Френеля на диске.Сферическая волна, распространяющаяся от точечного источникаS, встречает на своем пути диск (рис.). Дифракционная картина, наблюдаемая на экране, является центрально симметричной. Определим амплитуду световых колебаний в центре. Пусть диск закрываетmпервых зон Френеля. Тогда амплитуда колебаний равна

или, (8) так как выражения, стоящие в скобках, равны нулю. Следовательно, в центре всегда наблюдается дифракционный максимум (светлое пятно), соответствующий половине действия первой открытой зоны Френеля. Центральный максимум окружен концентрическими с ним темными и светлыми кольцами. При небольшом числе закрытых зон амплитудамало отличается от. Поэтому интенсивность в центре будет почти такая же, как при отсутствии диска. Изменение освещенности экрана с расстоянием от центра картины изображено на рис.

Рассмотрим предельные случаи. Если диск закрывает лишь небольшую часть центральной зоны Френеля, он совсем не отбрасывает тени – освещенность экрана всюду остается такой же, как при отсутствии диска. Если диск закрывает много зон Френеля, чередование светлых и темных колец наблюдается только в узкой области на границе геометрической тени. В этом случае , так что светлое пятно в центре отсутствует, и освещенность в области геометрической тени практически всюду равна нулю. Фактически дифракционная картина не наблюдается, и распространение света является прямолинейным.

Дифракция Фраунгофера на одной щели.Пусть плоская монохроматическая волна падает нормально плоскости узкой щели ширинойa. Оптическая разность хода между крайними лучами, идущими от щели в некотором направлении

.

Разобьем открытую часть волновой поверхности в плоскости щели на зоны Френеля, имеющие вид равновеликих полос, параллельных щели. Так как ширина каждой зоны выбирается такой, чтобы разность хода от краев этих зон была равна , то на ширине щели уместитсязон. Амплитуды вторичных волн в плоскости щели будут равны, так как зоны Френеля имеют одинаковые площади и одинаково наклонены к направлению наблюдения. Фазы колебаний от пары соседних зон Френеля отличаются на, поэтому, суммарная амплитуда этих колебаний равна нулю.

Если число зон Френеля четное, то

, (9а) и в точкеBнаблюдается минимум освещенности (темный участок), если же число зон Френеля нечетное, то

(9б) и наблюдается близкая к максимуму освещенность, соответствующей действию одной нескомпенсированной зоны Френеля. В направлениищель действует, как одна зона Френеля, и в этом направлении наблюдается наибольшая освещенность, точкесоответствует центральный или главный максимум освещенности.

Расчет освещенности в зависимости от направления дает

, (10) где– освещенность в середине дифракционной картины (против центра линзы),– освещенность в точке, положение которой определяется направлением. График функции (10) изображен на рис. Максимумы освещенности соответствуют значениям, удовлетворяющие условиям

,,и т.д. Вместо этих условий для максимумов приближенно можно пользоваться соотношением (9б), дающим близкие значения углов. Величина вторичных максимумов быстро убывает. Численные значения интенсивностей главного и следующих максимумов относятся как

и т.д., т.е. основная часть световой энергии, прошедшей через щель, сосредоточена в главном максимуме.

Сужение щели приводит к тому, что центральный максимум расплывается, а его освещенность уменьшается. Наоборот, чем щель шире, тем картина ярче, но дифракционные полосы уже, а число самих полос больше. При в центре получается резкое изображение источника света, т.е. имеет место прямолинейное распространение света.

studfiles.net

Характер - дифракционная картина - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Характер - дифракционная картина

Cтраница 1

Характер дифракционной картины, свойственной электронам с высокой энергией ( 10 - 50 кэВ), падающим под малыми углами, может свидетельствовать о некоторых топографических деталях поверхности. Так, кольцеобразная картина, получаемая от поликристаллической поверхности, должна быть обусловлена в основном пропусканием выступающих кристаллов, через которые электронный пучок проходит без значительной потери энергии; этот вывод подтверждается тем, что расположение колец обычно не изменяется. Шероховатая поверхность монокристалла дает, конечно, пятно, а не кольца.  [1]

Характер дифракционных картин зависит от формы препятствий или отверстий, их размеров, способов наблюдения, состава падающего света и других условий.  [2]

Нужно заметить, что ввиду прочности ковалентных сил, приводящей к строгой периодичности цепных молекул и стремления их укладываться параллельно друг другу, строение их агрегатов во многих случаях можно описывать на основании идеально-па-ракристаллической функции распределения второго рода ( 89) или, во всяком случае, принять, что в итоговой формуле ( 101) поправочный член U не имеет значения для качественных выводов о характере дифракционной картины.  [3]

В методе Лауэ для исследования берется один кристалл, но просвечивается он рентгеновским пучком, состоящим из лучей с широким диапазоном длин волн. Характер дифракционной картины отражает симметрию расположения атомов в плоскостях, перпендикулярных к направлению луча, и поэтому зависит от установки кристалла по отношению к лучу. Так, например, при произвольной установке кристалла картина может получиться довольно сложной, но при установке каким-либо кристаллографическим направлением вдоль луча картина будет несравненно проще. В частности, если луч направлен вдоль ребра куба кристалла кубической системы, картина будет иметь четверную симметрию; если же луч направлен вдоль пространственной диагонали куба, то симметрия картины будет тройной. Поэтому, просвечивая неизвестный кристалл вдоль различных направлений, мы можем получить представление о симметрии расположения в нем атомов.  [4]

В пирогенных условиях синтеза исследование концентрационных полей кристаллизации фторамфиболов в системе NaF - MgF2 - MgO - Si02 - GeO2 показало, что в области температур 800 - 1100 из смесей с различным соотношением Si02: Ge02 образуются игольчатые кристаллы германосиликатов и германатов. При соответствующем выборе температурно-вре-менных условий синтеза получены мономинеральные продукты. Характер дифракционной картины с закономерным изменением din и / / / в гомологическом ряду силикат-германосиликат-германат позволяет однозначно отнести оба синтезированных минерала к кристаллохимической группе амфиболов типа рихтерита Установлено, что повышение температуры и увеличение продолжительности опытов ведет к преимущественному развитию призматических кристаллов. Введение в исходные смеси плавня-минерализатора NaCl способствует образованию игольчато-волокнистых разностей этих минералов и снижению нижней температурной границы их образования.  [5]

В методе Лауэ для исследования берут один кристалл и облучают пучком рентгеновских лучей с широким диапазоном длин волн, в котором всегда будут волны, длина которых удовлетворяет условию дифракции. На фотографической пластинке, расположенной за кристаллом, возникает черное пятно в том месте, куда падает прямой пучок рентгеновских лучей, и ряд других пятен, указывающих на преимущественное рассеяние пучка рентгеновских лучей в определенных направлениях. Характер дифракционной картины отражает симметрию расположения атомов в плоскостях, перпендикулярных направлению луча. Облучая неизвестный кристалл вдоль различных направлений, можно получить представление о симметрии расположения в нем атомов. Обработка полученных данных позволяет расшифровать структуру кристалла.  [6]

В главе 7 при рассмотрении вопросов дифракции излучения на кристаллах указывалось, что при рассеянии на неограниченном кристалле возникают узкие дифракционные максимумы, положение которых определяется в соответствии с формулой Вульфа - Брэгга межплоскостными расстояниями, а ширина - размером кристалла. В весьма грубой модели картину дифракции на аморфных материалах можно рассматривать как происходящую на совокупности ультрамалых беспорядочно ориентированных кристаллитов ( см. рис. 12.2, а), и поэтому узкие дифракционные максимумы при переходе к рассеянию аморфными материалами должны трансформироваться в широкие диффузные гало. Такой подход позволяет качественно объяснить характер дифракционной картины от аморфных веществ, однако даже при исследовании структуры аморфных материалов с помощью наиболее высокоразрешающего метода - дифракции электронов - узкие дифракционные максимумы обнаружить не удалось. По этой причине модель аморфных материалов как ультрамикрокристаллических веществ далеко не всегда считается справедливой.  [7]

Условия, близкие к условиям Фраунгофера, можно осуществить, поместив малый источник света в фокусе линзы и собрав свет при помощи второй линзы в некоторой точке экрана, расположенного в ее фокальной плоскости. Эта точка служит изображением источника. Помещая мел-еду линзами экраны с отверстиями различной величины и формы, мы меняем характер дифракционной картины, являющейся изображением источника; в зависимости от размеров и формы отверстий часть света пойдет по тем или иным направлениям и будет собираться в различных точках приемного экрана. В результате изображение будет иметь вид пятна, освещенность которого меняется от места к месту. Решить задачу дифракции - значит найти это распределение освещенности на экране в зависимости от размеров и формы препятствий, вызывающих дифракцию света. Мы ограничимся разбором наиболее простых и в то же время наиболее важных случаев, когда отверстие имеет форму прямоугольника или круга в непрозрачных экранах.  [8]

Обратим теперь внимание на следующее важное обстоятельство. Описанная выше дифракционная картина возникает тогда, когда через щель одновременно проходит большое число электронов. Можно было бы подумать, что участие большого числа электронов необходимо для дифракции, а отдельный электрон ведет себя как-нибудь иначе. Из оптики уже давно известно, что характер дифракционной картины совершенно не зависит от интенсивности света. Фабрикант показали, что даже в том случае, когда отдельные электроны проходят через дифрагирующую систему поодиночке через относительно огромные промежутки времени и, следовательно, ведут себя абсолютно независимо друг от друга, - в конечном счете, при достаточной продолжительности опыта возникает дифракционная картина, в точности совпадающая с той, которую дают потоки в десятки миллионов раз более интенсивные.  [9]

Картина, изображенная на рис. 14, показывает, что в принципе не существует барьера для продолжения складывания молекул вдоль границ доменов, поэтому кристаллы могут расти очень просто, путем повторяющейся конденсации молекул с образованием монослоев, которые спирально развиваются по периферии кристаллов. Действительно, нет оснований считать, что молекулы не могут складываться в данном индивидуальном кристалле самыми разными способами. Так как в кристалле данной внешней формы возможны многие способы складывания молекул, то, по-видимому, складывание на молекулярном уровне является беспорядочным, и можно предполагать, что неупорядоченность будет возрастать при более высоких скоростях роста. Однако обнаружить на электронном микроскопе границы доменов складывания не легко, если только они не вырисовываются под влиянием неупорядоченности. Различные способы складывания почти не будут влиять на характер дифракционной картины, потому что последняя зависит в основном от порядка расположения молекул в объеме кристаллов.  [11]

Величина F - называется структурным фактором. Этот параметр определяет расположение рассеивающих атомов внутри элементарной ячейки кристаллической решетки. Интерференция рассеянных волн, обусловленная дифракцией электронов на отдельных атомах ячейки, может вызывать появление определенных рефлексов постепенно уменьшающейся интенсивности; в некоторых случаях наблюдается полное гашение рассеянных лучей и исчезновение рефлексов. Сопоставляя величины F - для различных рефлексов, можно получить достаточно полную информацию об элементарной ячейке. Кроме того, понятие структурного фактора включает в себя влияние температуры на характер дифракционной картины рассеяния электронов. Для оценки этого влияния необходимо рассчитать уменьшение интенсивности рефлексов, обусловленное отклонением центров рассеяния от их равновесных положений.  [12]

Нетрудно видеть, что это соотношение аналогично соотношению Эйнштейна р Kk для фотонов, поскольку А 2ir / k, где k - волновой вектор. Возникновение интерференционной картины при рассеянии электронов можно объяснить, связав с движением электрона распространение некоторой волны ( волны де Вройля), если считать, что число электронов, попадающих на экран, зависит от амплитуды волны квадратично. Возникает вопрос о физическом смысле этих волн. Более тонкие эксперименты показывают, что электроны хотя и проявляют волновые свойства, все же являются частицами, которые можно обнаружить в том или ином месте на экране. Тогда оказывается, что при многократном повторении опыта можно зафиксировать электрон в определенных ( и различных) точках на экране, однако суммарное распределение электронов по-прежнему будет иметь характер дифракционной картины. Тем самым провозглашается, что движение электронов принципиально имеет недетерминистический характер. Невозможно точно предсказать, в какую точку попадет электрон при заданных начальных условиях движения, можно лишь определить вероятность попадания в ту или иную точку. Таким образом, соединение волновой и корпускулярной картин движения воедино приводит к теории, принципиально отличающейся от классической механики и имеющей существенно недетерминистическую с классической точки зрения природу.  [13]

Страницы:      1

www.ngpedia.ru

2 Дифракция света

МЧС России

Санкт-Петербургский университет государственной противопожарной службы

Утверждаю

Начальник кафедры физики и теплотехники, полковник вн.сл. Иванов А.Н.

(должность, звание, ФИО)

«13» октября 2008 года

ЛЕКЦИЯ

по учебной дисциплине «Физика»

Специальность 280104.65 - Пожарная безопасность

Заочное отделение, 6 лет

Тема № 6 «Оптика»

Обсуждена на заседании кафедры

Протокол № 2/10 от

«13» октября 2008 года

Санкт- Петербург

2008

I. Цели занятия

1. Образовательная – изучение интерференции, дифракции света и законов теплового излучения

2. воспитательные

- применение рассмотренных явлений в пожарной безопасности

- повышение квалификации сотрудников ГПС

II. Расчёт учебного времени

Содержание и порядок проведения занятия

Время, мин.

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Учебные вопросы:

1.Интерференция света

2.Дифракция света

3.Тепловое излучение

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

5

260

80

90

90

5

III. Литература

Основная:

1. Трофимова Т.И. Курс физики. - М.: Высшая школа, 2003, с.316-375.

Дополнительная:

Савельев И.В. Курс общей физики. - М.: Наука, 1989, Т.1.

Трубилко А.И., Звонов В.С., Поляков А.С., Дятченко А.А. Электричество. Пособие для самостоятельной работы - СПб.: СПбИПБ МВД России, 1998.

IV. Учебно-материальное обеспечение

  1. Технические средства обучения: мультимедийный проектор, интерактивная доска.

V. Текст лекции

Вводная часть. Ставятся цели занятия.

Учебные вопросы

1 Интерференция света

Явление интерференции заключается в наложении колебаний, вызванных различными источниками, с образо­ванием упорядоченной картины чередования максимумов и минимумов интенсивности. Отметим, что интерференционная картина стационарна (не меняется во времени), хотя источники постоянно колеблются. Упорядоченная картина возникает благодаря усилению или ослаблению колебаний в точках пространства, до которых распространились воз­мущения от источников. Интерференция наблюдается при взаимодейс­твии волн любой природы, в частности электромагнитных (свет, радиоволны) и звуковых. Возникновение интерференции возможно только при условии когерентности источников колебаний.

Когерентность. Источники колебаний (независимо от их природы) называются когерентными, если выполняются два условия:

1. частоты их колебаний одинаковы;

2. разность фаз колебаний не меняется во времени, т.е.

Невыполнение хотя бы одного из приведенных условий означает, что источники не будут когерентными. Стационарной устойчивой ин­терференционной картины в этом случае не возникает. Условия коге­рентности могут выполняться приближенно на определенном интервале времени и в ограниченной области пространства. В этом случае го­ворят о времени и длине когерентности.

При создании когерентных источников труднее всего обеспечить постоянство разности фаз. Для того, чтобы создать когерентные ис­точники света (если в качестве источника света не используется лазер) световой луч разделяют на два. В частности, при использовании плоскопараллельной пластинки когерентными будут: луч, отра­женный от передней границы, и луч, преломленный на передней и от­раженный от задней границы (рис. 1). Кроме того, для получения когерентных лучей применяют бипризму Френеля и билинзу Бийе. Когерентные источники радиоволн можно получить, подавая на две или несколько антенн колебания от одного и того же генератора.

Рис.1. Получение когерентных лучей с помощью плоскопараллельной пластины

Интенсивность колебаний. Интенсивность пропорциональ­на квадрату амплитуды колебаний. Интенсивность колебаний в данной точке пространства при действии двух когерентных источников (рис. 2) определяется следующим соотношением

(1)

где - амплитуда колебаний первого и второго источ­ников,- разность фаз колебаний от источников в точке наблюдения,- частота колебаний,- скорость распростра­нения колебаний,- разность хода от источников до точки наблюдения. Отметим, что, где- длина волны колебания.

Если источники колебаний одинаковы, то А. Тогда из (1) будем иметь

(2)

Рис.2. Сложение колебаний от двух когерентных источников

Формула (2) дает распределение интенсивности колебаний в прост­ранстве при интерференции волн от двух источников (разность хода зависит от положения точки наблюдения). С ее помощью мож­но получить распределение интенсивности на экране.

Используя метод векторных диаграмм, можно получить формулу для интенсивности колебаний в случае интерферен­ции волн от N источников, расположенных на одной линии:

(3)

где - разность фаз соседних источников. При N = 2 эта формула переходит в (2). Приимеем. Таким образом, интенсивность волн, создаваемых N источниками, оказывается враз больше интенсивности, создаваемой отдельным источником (рис. 2.3).

Геометрическая разность хода. Характер взаимодействия двух колебаний, вызванных разными когерентными источниками, зави­сит от соотношения расстояний иот источников до данной точки пространства. Разностьназывается геометричес­кой разностью хода. В данной точке пространства Р (рис. 2) бу­дет наблюдаться максимальное усиление колебаний, если разность фазкратна. В этом случае разность ходадвух волн равна целому числу длин волн (условие максимумов):

, (4)

Ослабление колебаний наблюдается, если . При этом разность ходаравна полуцелому числу длин волн (условие минимумов)

(5)

Оптическая разность хода. Разность фаз колебаний, достигших точки наблюдения, может быть обусловлена не только раз­ной длиной пути, но и разными свойствами сред, через которые про­ходят колебания. Если два когерентных луча света прошли через среды с разными коэффициентами преломления и, то под вели­чинойпонимается оптическая разность хода, которая определяет­ся как:

(6)

Условиями максимумов и минимумов по-прежнему являются соот­ношения (4) и (5).

Интерференция, возникающая из-за разной оптической плотности эталонной (чистый воздух) и загрязненной (воздух с примесью) га­зовых сред, используется в шахтном интерферометре для определения концентрации пожароопасных примесей и продуктов горения.

Интерференция в плоскопараллельной пластинке (на тонкой пленке). Результат интерференции света в плоскопараллельной пластинке толщины определяется следующими соотношениями. В про­ходящем свете наблюдается усиление света (условие максимумов), если

, (7)

где - коэффициент преломления материала пластинки,- угол преломления. Ослабление света (условие минимумов) наблюдается, если

, (8)

В отраженном свете условия максимумов и минимумов обратны, что связано с потерей половины длины волны при отражении от гра­ницы оптически более плотной среды (так как в этом случае фаза волны меняется на ).

Кольца Ньютона. Явление с таким названием наблюдается при отражении света в воздушном зазоре, образованном плоской пластинкой и соприкасающейся с ней плосковыпуклой линзой с большим радиусом кривизны . Пусть параллельный пучок света падает нормально на плоскую поверхность линзы и частично отражается от верхней и нижней границ раздела между стеклом и воздухом. Тогда при наложении отраженных лучей возникают полосы, имеющие вид ок­ружностей.

В отраженном свете радиус темных колец (условие минимумов) определяется соотношением

, (9)

Радиус светлых колец (условие максимумов) вычисляется по формуле

, (10)

В проходящем свете условия максимумов и минимумов обратны по той же причине, что и для плоскопараллельной пластинки.

Определение дифракции. Дифракция - это явление огиба­ния волной препятствия, размер которого сравним с длиной падаю­щей волны:. Особенность дифракции состоит в непрямолиней­ном распространении света и проникновении световой волны в об­ласть геометрической тени. Прямой задачей теории дифракции явля­ется расчет распределения интенсивности света (дифракционной картины) на экране, расположенном за препятствием. В частности, требуется найти положение максимумов и минимумов интенсивности света. При решении обратной задачи по положению максимумов и миниму­мов восстанавливают размеры препятствия или длину волны.

Принцип Гюйгенса-Френеля. Принцип Гюйгенса-Френеля включает следующие два положения.

1. Каждая точка фронта волны в момент времени является источ­ником когерентных вторичных волн. Огибающая вторичных волн явля­ется волновым фронтом в последующий момент времени.

2. Вторичные волны, будучи когерентными, интерфери­руют друг с другом. Результирующее распределение интенсивности колебаний - результат интерференции вторичных волн.

Если между источником волн и точкой наблюдения находится препятствие с отверстием, то, в соответствии с принципом Гюйген­са-Френеля, на поверхности препятствия интенсивность колебаний равна нулю, а в отверстии - такая же, как при отсутствии экрана. Таким образом, задача заключается в суммировании вклада волн, пришедших от каждой точки отверстия.

Интерференция и дифракция - это одно и то же физическое яв­ление волновой природы.

Метод зон Френеля. Отверстие содержит бесконечно мно­го точек, являющихся источниками вторичных волн, поэтому прово­дится условное разбиение фронта волны на конечные кольцевые участки (зоны Френеля) по следующему правилу: волны от соседних зон приходят в точку наблюдения в противофазе и ослабляют друг друга. Это значит, что расстояния от границ соседних зон до точки наблюдения отличаются ровно на половину длины волны (рис. 3).

Рис.3. Дифракция Френеля на круглом отверстии

В этом случае амплитуда, создаваемая в точке наблюдения всей сферической волновой поверхностью, равна половине амплитуды, соз­даваемой одной центральной зоной.

Дифракция на круглом отверстии. Пусть в точке S нахо­дится источник сферических волн (рис. 3), на расстоянии от источника расположено непроницаемое препятствие с круглым отверс­тием радиуса, а на расстоянииот препятствия - экран, на ко­тором наблюдается дифракционная картина. Говорят, что имеет место дифракция Френеля, если расстояние до препятствия сравнимо с раз­мером препятствия:. В этом случае волновой фронт в области наблюдения является искривленным. Радиус внешней границы зоны Френеля с номеромвычисляется по формуле:

(11)

где - длина волны. Число зон Френеля, укладывающихся в отверс­тии, можно найти из равенства:

(12)

Если отверстие открывает нечетное число зон, то в центре экрана (точка Р на рис.3) наблюдается усиление колебаний. В частнос­ти, при интенсивность колебаний в точке Р в четыре раза больше той, которая имела бы место в отсутствие препятствия. Если отверстие открывает четное число зон, то в центре экрана наблюда­ется ослабление колебаний. Точка Р будет наиболее темной, если открыто две зоны Френеля. В любом случае вокруг точки Р будут наблюдаться светлые и темные концентрические окружности.

Из (12) видно, что число зон, открываемых отверстием, зави­сит как от размеров отверстия, так и от положения экрана.

Дифракция на круглом диске. Рассмотрим противополож­ную ситуацию: волновой фронт от источника взаимодействует с непрозрачным диском радиуса R (рис. 4). В этом случае важно, сколько зон Френеля закрыто непрозрачным диском. Суммирование амплитуд колебаний от открытых зон (располагающихся вокруг диска) показывает, что амплитуда колебания в центре экрана равна полови­не амплитуды, вызываемой первой открытой зоной Френеля. Следова­тельно, в центре экрана за диском всегда будет наблюдаться макси­мум интенсивности (яркое пятно, называемое пятном Пуассона).

Рис.4. Дифракция Френеля на круглом диске

Центральный максимум окружен темными и светлыми кольцами. С уве­личением размеров диска интенсивность центрального максимума уменьшается. В пределе получаем тень, определяемую по за­конам геометрической оптики.

Дифракция Фраунгофера. Дифракцией Фраунгофера называют дифракцию, при которой и падающие, и вторичные волны имеют плоский фронт. Иначе говоря, речь идет о диф­ракции в параллельных лучах. Такая ситуация возникает, если расс­тояние от источника до препятствия и от препятствия до точки наб­людения значительно больше размеров препятствия (,на рис. 3, 4). Другой способ получить параллельный пучок све­та - использовать собирающие линзы.

Дифракция на щели. Рассмотрим длинную узкую щель, на которую падает параллельный пучок света (рис. 5). Разбивая внутреннее пространство щели на малые участки, и суммируя вклад соответствующих вторичных волн (см. принцип Гюйгенса-Френеля), получим распределение интенсивности света справа от экрана:

(13)

где (14)

- длина волны, - ширина щели,- угол между перпендикуляром к плоскости щели и направлением к точке наблюдения (рис. 5). Зависимость

представлена на рис. 6. Из (13) следуют условие максимумов

, (15)

и условие минимумов

, (16)

интенсивности на экране. Дифракционная картина на экране предс­тавляет собой совокупность из нескольких параллельных темных и светлых полос. Яркость светлых полос убывает по мере удаления от центра, общее число полос конечно. Максимум, оп­ределяемый соотношением (4.3) называется максимумом порядка . Отметим, что для определения расстояния между максимумами, близ­кими к центральному, следует использовать малость угла. В этом случае, где- расстояние до экрана.

Рис.5. Ход лучей при дифракции на узкой щели

Расстояние между минимумами, ближайшими к центральному мак­симуму, можно принять за ширину изображения щели.

Рис.6. Распределение интенсивности на экране при дифракции на узкой щели

Дифракция на круглом отверстии. Распределение интен­сивности при дифракции на круглом отверстии имеет вид:

(17)

где ,-функция Бесселя 1-ого порядка. Дифракционная картина представляет собой совокупность кон­центрических светлых и темных колец. Радиусы светлых и темных ко­лец определяются из условия максимумов и минимумов

, (18)

Значения коэффициента и относительных максимумов интенсивности приведены в табл. 4.1.

Таблица 1

Параметры дифракции на круглом отверстии

k

1

2

3

4

0

0.82

0.88

0.92

1.22

1. 12

1.08

1.06

1

0.0175

0.0042

0.0016

Радиусом изображения круглого отверстия можно считать радиус первого темного кольца.

Дифракция на решетке. Спектроскопия. Дифракционная решетка - это совокупность параллельных узких щелей в непрозрач­ном препятствии. Пусть щель, пропускающая свет, имеет размер , а длина области, непропускающей свет, равна. Если направить на эти щели параллельный пучок монохроматического света, то получим систему - изN когерентных источников. Для этого случая распределе­ние интенсивности в пределе бесконечно узкой щели () дается соотношением (3), где,- расстоя­ние между штрихами (постоянная решетки). Интенсивность принимает значениев тех случаях, когда знаменатель обращается в нуль, т.е. при выполнении условия максимумов

, (19)

Отметим, что в типичных дифракционных решетках число щелей N составляет несколько тысяч.

При учете ширины щели уже нельзя пренебрегать дифракцион­ными явлениями на ней. Поэтому дифракционная картина изменится. Условие минимумов, называемых главными, соответствует условию ми­нимумов дифракции на щели (15)

, (20)

Условия появления главных максимумов соответствует интерфе­ренции от N когерентных источников

, (21)

При одновременном выполнении условий (20) и (21) в данной точ­ке, на экране произойдет явление так называемого пропавшего мак­симума (на месте светлого пятна оказывается темное).

Будут наблюдаться также и дополнительные минимумы в тех точ­ках, для которых

, (22)

где m принимает все целочисленные значения кроме

Сказанное выше можно получить, рассмотрев распределение ин­тенсивности на экране, которое будет определяться как интерферен­цией от N щелей, так и дифракцией на одной щели:

(23)

где ,

На рис.7 приведен график распределения интенсивности на экране для N=4 и . Пунктирная кривая, проходящая через глав­ные максимумы,изображает интенсивность от одной щели, умноженную на. При выбранном соотношении () главные максимумы 3-го, 6-го и т.д. порядков приходятся на минимумы интенсивности от од­ной щели, вследствие чего они пропадают.

Рис. 7. Распределение интенсивности на экране при дифракции на дифракционной решетке

Угол, на который отклоняется свет, проходя через дифракцион­ную решетку, как видно из (20), (21), (22), зависит от длины волны. Это делает дифракционную решетку мощным инструментом исс­ледования спектрального состава светового пучка.

3.Тепловое излучение.

Тепловым излучением называется перенос энергии посредством электромагнитных волн в диапазоне, включающем видимый свет и инфракрасное излучение (длина волны 0,4 – 100 мкм).

Излучение в оптическом диапазоне становится заметным на глаз, когда температура тела превышает 500 – 550 0С. Дальнейшее увеличение температуры приводит к изменению цвета, как это показано в табл. 2.

Таблица 2

studfiles.net

Дифракционная картина - рассеяние - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Дифракционная картина - рассеяние

Cтраница 1

Дифракционная картина рассеяния обусловлена волновыми свойствами излучения и частиц.  [2]

На рис. 28.18 и 28.19 приведены типичные дифракционные картины рассеяния в больших углах от различных полимеров.  [4]

При таком изучении выяснилось [2], что обычная дифракционная картина рассеяния при больших энергиях не может быть простым образом согласована с представлением Мандельстама.  [5]

Исследование структуры соединений и их отдельны) компонентов по дифракционным картинам рассеяния рент геновского излучения на кристаллических решетках i неоднородностях структуры положено в основу рент геноструктурного ( дифракционного) анализа.  [6]

Методы, описанные в разделе В, обычно достаточны для интерпретации дифракционных картин рассеяния электронов от полимерных образцов. Ниже рассматриваются некоторые примеры, наглядно иллюстрирующие наиболее существенные результаты в изучении структуры полимеров с использованием методов, основанных на дифракции электронов.  [7]

В тех случаях, когда ось волокна ориентирована параллельно падающему пучку электронов, плоскость отражения располагается нормально к плоскости чертежа ( рис. 153) и дифракционная картина рассеяния характеризуется наличием дебаевских колец. Если образец повернуть, плоскость отражения внутри системы колец примет наклонное положение и как следствие этого дифракционные кольца расщепятся на отдельные дуги.  [8]

При обсчете дифракционных картин, полученных по методу Дебая - Шеррера ( раздел В-4), уравнение ( VI1 - 3) следует считать вполне пригодным. Однако если исследуется дифракционная картина рассеяния от единичного кристалла, то несомненный интерес представляет изучение расположения рефлексов в зависимости от угла падения первичных лучей. Для расчета такого рода дифракционных картин используется метод Лауэ.  [9]

Сильное рассеяние электронов, наблюдаемое при их прохождении через вещество, вызывает появление рефлексов в 108 - 108 раз большей интенсивности, чем при рассеянии рентгеновских лучей при одинаковых условиях. Интенсивность рефлексов настолько велика даже для очень тонких слоев, что можно наблюдать дифракционную картину рассеяния непосредственно на флуоресцирующем экране. Поэтому для получения фотографического изображения дифракционной картины время экспозиции составляет всего несколько секунд, в то время как для получения рентгенограммы необходима экспозиция в несколько часов. Еще одним преимуществом высокой рассеивающей способности в случае электронного пучка является возможность использования малых количеств вещества для получения электронограмм. Так, при благоприятных условиях съемки требуется всего около 10 - 8 г вещества. Однако, с другой стороны, именно это свойство ограничивает область использования методов, основанных на дифракции электронов. Увеличение толщины образца вызывает настолько сильное поглощение электронов, что в этом случае уже не удается наблюдать дифракционной картины рассеивания.  [10]

Если тип кристаллической решетки не известен, то электронограмма единичного кристалла может быть использована для определения параметров элементарной ячейки. Однако для этого необходим специальный держатель для образца, позволяющий поворачивать и наклонять образец на достаточно большие углы. Если иметь дифракционные картины рассеяния с использованием различных углов падения электронов на образец, то можно получить ряд различных сечений через обратную решетку.  [11]

Водные растворы электролитов обладают целым рядом особых, уникальных свойств, выделяющих их из общего ряда жидких растворов. Основной причиной этого служит проявление структуры воды в специфике взаимодействия ион-вода. Гидратация ионов может быть охарактеризована так называемыми эффектами гидратации. Их количественной мерой являются термодинамические характеристики, изотопные эффекты гидратации, химические сдвиги ЯМР, смещение полос поглощения в ИК-спектрах, изменение частот спин-решеточной релаксации, изменение дифракционных картин рассеяния рентгеновских лучей и неупругого рассеяния нейтронов и др. При интерпретации указанных проявлений гидратации все большее место занимают структурные представления, поскольку они позволяют глубже оценить роль среды в ионных реакциях в растворах.  [12]

При детектировании светового потока от достаточно малого рассеивающего объема дело, обстоит совершенно иначе. Макромолекулы же в растворе расположены совершенно хаотически. В результате дифракционная картина рассеяния монохроматического света таким объектом состоит из многих беспорядочно расположенных максимумов и минимумов всевозможных размеров и интенсивности. Кроме того, макромолекулы в растворе свободны и диффундируют, участвуя в броуновском движении. Вследствие этого обусловленная ими дифракционная картина флуктуирует во времени.  [13]

Величина F - называется структурным фактором. Этот параметр определяет расположение рассеивающих атомов внутри элементарной ячейки кристаллической решетки. Интерференция рассеянных волн, обусловленная дифракцией электронов на отдельных атомах ячейки, может вызывать появление определенных рефлексов постепенно уменьшающейся интенсивности; в некоторых случаях наблюдается полное гашение рассеянных лучей и исчезновение рефлексов. Сопоставляя величины F - для различных рефлексов, можно получить достаточно полную информацию об элементарной ячейке. Кроме того, понятие структурного фактора включает в себя влияние температуры на характер дифракционной картины рассеяния электронов. Для оценки этого влияния необходимо рассчитать уменьшение интенсивности рефлексов, обусловленное отклонением центров рассеяния от их равновесных положений.  [14]

Страницы:      1

www.ngpedia.ru

Картина дифракционная - Энциклопедия по машиностроению XXL

Пример гауссова пучка служит прекрасной иллюстрацией к диффузионной интерпретации дифракционных явлений, изложенной в 38. Согласно этой интерпретации, дифракцию можно рассматривать как результат диффузии амплитуды поля вдоль волнового фронта по мере его распространения в среде. Картина дифракционного расширения гауссова пучка, изображенная на рис. 9.8, действительно копирует пространственное распределение плотности диффундирующих частиц, если последовательным положениям  [c.189] Разрешение дифракционной картины (дифракционная ошибка) зависит от апертуры падающего электронного пучка (угла сходимости пучка на объекте). Малая длина волны электронов и, следовательно, малая величина брэгговских углов приводят к тому, что дифракционная ошибка весьма существенна даже при типичных для электронного микроскопа малых углах сходимости электронного пучка-  [c.49]

Я ВКЛЮЧИЛ четыре рисунка из работ Лью единственно для того, чтобы проиллюстрировать общую природу оптической интерференции отмеченного типа. Картина дифракционных линий Фраунгофера, порожденная стоячей волной в кварцевом кристалле, показана на рис. 3.94, а образцы акустических волновых фронтов в расплавленном кварце, полученные между поляроидами с пересекающимися плоскостями поляризации, показаны на рис. 3.95.  [c.453]

Так как прямоугольное отверстие будет иметь в общем случае неравные стороны, картина дифракционного распределения энергии будет различной  [c.163]

Формулы (10.38) и (10.39) и определяют картину дифракционного распределения энергии по меридиональному и сагиттальному направлениям в кружке рассеяния для зрачка эллиптической формы.  [c.165]

Другая картина дифракционного процесса получается при рассмотрении волновых полей в реальном пространстве кристаллической решетки. Падающая плоская волна г])о и дифрагированная волна г ) , распространяющиеся в направлениях, составляющих соответственно углы +9в и — 0в с отражающей плоскостью, будут  [c.194]

Если Ро =7 или Р =7 оо, то наблюдается дифракция в непараллельных лучах — дифракция Френеля. В этом случае можно получить полную картину дифракционного поля на любом расстоянии от экрана.  [c.274]

Наблюдаемая картина дифракционных рефлексов (рис.4.10) является результатом интерференции пучков электронов, дифрагировавших на атомах поверхности. Насколько наблюдаемая картина позволяет определить реальное расположение атомов — центров дифракции Формальный подход к расшифровке картин рефлексов, возникающих при ДМЭ, не дает ответа на этот основной вопрос. Отметим лишь три основные трудности. 1) Проникающие в кристалл электроны приводят к интерференции волн, отраженных от разных плоскостей в его приповерхностной области. К формулам для двумерной решетки (4.9) должны быть добавлены соотношения, учитывающие интерференцию в этой области. 2) Спектр ДМЭ, зависит от формы потенциального барьера поверхности, который должны преодолевать выходящие из кристалла электроны. Барьер определяется не только расположением атомов в ячейке, но также адсорбирован-  [c.133]

Приступая к рассмотрению проблем дифракции, постараемся сперва составить себе некоторые общие качественные представления о картине дифракционных явлений.  [c.362]

Условие подобия дифракции. Исходя из выражения (6.13а), можно сделать вывод, что при изменении (увеличении или уменьшении) Го в т раз, а размеров отверстия р — в Yт раз для данной длины волны не произойдет изменения числа действующих зон Френеля, т. е. условия наблюдения дифракции останутся прежними (как говорят, имеет место подобие дифракции ). Это экспериментально доказано русским ученым Аркадьевым. Он показал, что при уменьшении размеров препятствия величиной с обычную тарелку, для которого четкая дифракционная картина наблюдается на расстоянии 7 км, примерно в 13 раз можно наблюдать ясную дифракционную картину в лабораторных условиях при  [c.125]

Дифракция света на прямолинейном крае непрозрачного экрана. Свет, исходящий из точечного источника S, падает на непрозрачный экран 5i, имеющий прямолинейный край и простирающийся влево до бесконечности. Наблюдение ведется на экране Э-2 (рис. 6.11). Так как волновой фронт ограничивается прямолинейным краем полуплоскости, то наблюдается дифракция. Для оценки дифракционной картины на экране необходимо, как и в предыдущих  [c.132]

На практике обычно приходится иметь дело не с точечным, а с протяженным источником света. Это приводит к ухудшению видимости дифракционной картины. Например, если источник света взять в виде светящейся нити, то различные ее точки будут излучать некогерентные лучи и результирующая дифракционная картина будет представлять собой наложение дифракционных картин от точечных источников.  [c.136]

Влияние размеров источника. Представляет интерес рассмотреть также влияние размеров источника па дифракционную картину. Допустим, что удаленный источник света линейный и имеет размер АВ. Каждая точка протяженного источника одинаковой яркости даст дифракционную картину. Эти идентичные картины будут смещены друг относительно друга в пределах угловых размеров источника.  [c.141]

В качестве углового размера принимается у) ол, под которым виден источник при наблюдении из центра щели, который обозначим через 2а. На рис. 6.21 показано положение максимумов для центральной точки С и крайних точек Ап В источника. Как видно, максимумы крайних точек А и В источника лежат под углами соответственно +а и —а. Результирующая интенсивность дифракционной картины зависит от соотношения между углом дифракции ф и углом а. Как известно, уменьшение ширины щели приводит  [c.141]

Очень эффектные явления легко наблюдать при использовании достаточно интенсивного источника света, в нескольких метрах от которого устанавливается малый непрозрачный экран или ирисовая диафрагма, позволяющая открывать ряд зон Френеля. Конечно, расстояние а г 02 источника света до матового экрана, на котором следует наблюдать дифракционную картину, должно быть достаточно большим (не менее 10 — 15 м). Эти эксперименты (рис. 6.6) трудно показать в большой аудитории без современных технических средств. Многие из опытов по дифракции Френеля можно демонстрировать с помощью простейшей телевизионной установки, включающей передающую трубку (монитор) и несколько телевизоров, установленных в аудитории. Свет от мощной лампы фокусируется на небольшой круглой диафрагме. После дифракции на исследуемом препятствии свет от этого точечного источника попадает на фотокатод монитора и зрители наблюдают на экранах телевизоров сильно увеличенное изображение дифракционной картины (рис. 6.5, 6.6).  [c.262]

Строго говоря, при осуществлении таких опытов мы несколько отходим от первоначальной формулировки задачи (которая, впрочем, не очень уточнялась для упрощения рассуждений). Дело в том, что свойства экрана должны в какой-то мере сказываться на результатах дифракционных опытов. Рассматривая проводящий экран, надо учесть взаимодействие с ним электромагнитной волны, определить, хорошо ли он отражает 0 = 1) или плохо (// = 0), и т. д. Применение непроводящего экрана затруднительно по другим причинам. Но все приведенные оговорки несущественны, так как опыт показывает фактическую идентичность дифракционных картин во всех подобных случаях. Действительно, нетрудно заметить, что все нарушения возникают  [c.262]

Ранее было сделано предположение о том, что при заданном отверстии в экране можно произвольно выбрать воображаемую поверхность а. Обычно она полностью закрывает отверстие, а ее форма была удобна для определения результирующей амплитуды. При этом считают, что амплитуда колебаний всюду на поверхности экрана равна нулю, а в отверстии ее величина та же, что и при отсутствии экрана. Конечно, это приближение заведомо несправедливо, например вблизи границы проводящего экрана, но оно практически не сказывается на распределении интенсивности в остальных частях дифракционной картины.  [c.263]

На рис. 3.96 показана картина дифракционных линий Френеля от продольных стоячих волн в топазе, на рис. 3.97 представлено видимое отображение акустических волн в расплавленном кварце, полученное методом Шлиерена, позволяющим найти распределение акустической энергии вдоль траектории луча.  [c.453]

Л), геометрич. разрешение определяется толщиной образца, угловым размером источника излучения и разрешением фотоматериала. Разрешение метода ограничивается также разрешающей способностью оптич. прибора (микроскопа, проекторам т. п.), применяемого для увеличения рентгеновской картины. Дифракционное разрешение и контрастность изображения определяются теми же условиями, что и в проекционной Р. м. Разрешающая способность контактной микрорентгенографии достигает 1 мк [8]. Примепение беззернистых фотографич. эмульсий, очень тонких образцов (1 мк) и электронных микроскопов дли увеличепия микрорептгенограмм позволит повысить разрешающую способность до 1000—500Л [9].  [c.423]

Как правило, при работе с микроскопом ситуация оказывается значите,льно сложнее. В большинстве случаев рассматриваемый предмет не является само-светящимсл и, следовательно, должен освещаться с помощью вспомогательного устройства. Вследствие дифракции па отверстии осветительной системы (конденсора) каждый элемент источника создает в предметной плоскости микроскопа дифракционную картину. Дифракционные картины с центрами в достаточно близких друг к другу точках частично перекрываются и, следователыю, в соседних точках плоскости предмета световые колебания в общем случае частично коррелированы. Часть этого света проходит сквозь предмет с изменением фазы или без него, тогда как оставшаяся его часть рассеивается, отражается или поглощается. Поэтому, вообще говоря, нсвозлюжпо посредством одного наблюдения или, даже используя одно какое-то устройство, получить правильное увеличенное изображение всей микроструктуры объекта. По этой причине были разработаны различные методы наблюдения, пригодные для изучения определенных типов объектов или для выявления у них тех или иных характерных особенностей.  [c.383]

Весьма существенным является поддержание наружного диаметра волокна с точностью до долей микрометра, поскольку именно по наружной поверхности происходит выравнивание волокон при их соединении. Любые отклонения диаметра от номинального значения приводят к несовпадению сердцевин соединяемых волокон. Самая распространенная система для контроля диаметра вытягиваемого волокна состоит из лазера, освещающего волокно, и фотодетектора, помещаемого в дальнюю зону возникающей при этом дифракционной картины. Дифракционная картина изменяется при всяком изменении диаметра волокна, заставляя изменяться при этом и ток фотодиода. Это изменение тока действует, в свою очередь, как сигнал, который управляет сервомеханизмами, которые определяют скорость намотки волокна и скорость поступления заготовки в устройство вытяжки. Таким образом, обеспечивается нестабильность менее 0,1 %. Скорость намотки волокна регулируется наилучщим образом с помощью прецизионного электропривода. Затем куски волокна требуемой длины могут быть намотаны иа шпули и без остановки и возобновления процесса вытягивания волокна в каждом отдельном случае.  [c.100]

Влияние немонохроматкчности света на дифракционную картину. Если бы в вышеуказанном случае падающий свет был строго  [c.131]

Пусть фронт сферической волны в данный момент времени будет сг. Цуги волн, исходящие из соответствующих точек фронта волны а, приходят в точку В вследствие их спмметричн01 0 расположения относительно линии SB с одинаковой фазой. По мере удаления по поверхности экрана от точки В должно происходить уменьшение когерентности световых колебаний от разных точек поверхности а. В конечном счете дифракционная картина исчезнет. Этот вывод можно пояснить следующими рассуждениями.  [c.131]

Теорема Бабине. Опираясь г а рассмотренные случаи дифракции света, можно нрийти к формулировке так называемой теоремьЕ Бабине, гласящей Если на пути широкого пучка ставить поочередно препятствия и отверстия с одним и тем же сечением и если ограничиться наблюдением той области, которая в случае свободного пучка представлялась бы совершенно темной (и, кроме того, свободной от дифракции на краях), то в этой области будет наблюдаться дифракционная картина, одинаковая как для препятствия, так и для отверстия .  [c.132]

Влияние ширины щели. Рассмотрим теперь влияние ширины щели на дифракционную картину. Как следует из рис. 6.20, с увеличением ширины щели происходит сближение максимумов и минимумов относительно центра. Поскольку с увеличением ширины щели увеличивается общий световой поток, то интенсивность при сравнительно больших отверстиях должна быть больше. На рис. 6.20 представлен график распределения интенсивности для щелей разной ширины. Как видно из рисунка, с уменьшением ширины щели центральный максимум расплывается. При Ь Я (что соответствует sin ф 1, т. е. ф = л/2) [[.еитральный максимум расплывается в бесконечность, что приводит к равномерному освещению экрана. Дальнейшее уменьшение ишрины щели (Ь теории Френеля — Кирхгофа. Этот случай не имеет смысла с практической точки зрения, так как при этом наблюдается монотонное уменьшение интенсивности прошедшего света.  [c.140]

Следовательно, чем уже щель, тем меньше размеры источника влияют на резуль Бирующую дифракционную картину.  [c.141]

Картина дифракции от прямоугольного отверстия представлена иа рис. 6.22. В правом нижнем углу рисунка изображено соответствующее прямоугольное отверстие. Характерные особенности дифракционной картины от Н1,ели сохраняются и в этом случае. В 1 астности основная световая энергия ири.хо-дится иа центральный максимум, а иитенсив1юсти максимумов вдоль обоих взаимно перпендикулярных наиравлетп от1юсятся как  [c.142]

Дифракция света от двух щелей. При рассмотрении дифракции плоской световой волны от щели мы видели, что распределение интенсивности на экране определяется направлением дифрагированных лучей. Это означает, что перемещение щели паралельно самой себе влево и вправо по экрану 5, (см. рис. 6.17) не приводит к какому-либо изменению дифракционной картины. Следовательно, если на з интерференции волн, идущих от обеих щелей. Направим параллельный пучок когерентного света на непрозрачный экран с двумя идентичными щелями шириной Ь, отстоящими друг от друга на расстоянии а (рис. 6.24). Очевидно, в тех направлениях, в которых ни одна из щелей не распространяет  [c.143]

Дифракционная картина от многих (N > 1) щелей представлена на рис. 6.27. Как видно, четкие rjiaiuibie максимумы разделены темными пространствами.  [c.147]

Сравнение (6.26) с (6.27а) показывает, что угол дифракции (6 — фт) при наклонном падении вычисляется так же, как при нормальном падении света, но с уменьшенным значением d = d os б) периода решетки. Следовательрю, при довольно большом наклоне (б як 90°) луча кажущ,аяся постоянная решетки (d os б) становится весьма малой и на решетке (d > i) при таком освеш,ении можно будет наблюдать четкую дифракционную картину.  [c.149]

Щель является од1юн из существенных частей спектральных (призменным, дифракционный) нрнборон. Она служит для получения так называемых спектральных ЛИНИН — максимумов дифракционной картины, соответствующей данной длнне волны. Принцип действия щели основан на явлении фраунгоферовой дифракции от одной щели, где дальнейшее ее сужение начиная с определенной ширины приводит к размытию изображения щели — к появлению дифракционной картины. Каждый максимум дифракционной картины называется спектральной линией, соотвегс1вующей данной длине волны к. В зависимости от конкретно поставленной задачи ширину щели, состоящей из двух подвижных ножей, меняют от нескольких тысячных до нескольких десятых (иногда и больше) миллиметра.  [c.154]

При достаточно больнюм числе щелей максимумы для каждого из этих двух направлений будут довольно острыми, причем на них будет приходиться и существенная часть падающей световой энергии. В результате па экране получится дифракционная картина в виде четких симметрично расположенных световых пятен. При освещении белым светом произойдет разложеш е в непрерывный спектр по направлениям х и у.  [c.156]

Сущность идеи Лауэ при постановке соответствующего эксперимента заключается в следующем кристалл К, расположенный на подставке, освещается рентгеновским излучением непрерывного спектра, исходящего из рентгеновской трубки (рис. 6.41). Излучение с длиной волны, удовлетворяющей условию (6.49), дифрагируя на кристаллической решетке, дает соответствующую дифракционную картину (так называемую лауэграмму). Анализ лауэ-граммы позволяет получить сведения о кристаллической структуре.  [c.164]

Заканчивая этот краткий обзор различных электромагнитных волн, следует отметить разницу между физической оптикой, изучению которой посвящена эта книга, и физиологической оптикой, не рассматриваемой здесь. В некоторых случаях различие между ними очевидно если ввести в дугу соль натрия и разложить ее излучение в спектр призмой или дифракционной решеткой, то мы увидим на экране ярко-желтый дублет. То, что длины волн этих линий равны 5890—5896 А, нетрудно установить измерениями, целиком относящимися к методам физической оптики. Но вопрос о том, почему эти линии кажутся нам желтыми, нельзя решить в рамках этой науки, и он относится к физиологической оптике. Конечно, проведение столь четкой границы между ними дЕ1леко не всегда возможно, и иногда трудно решить, имеем ли мы, например, дело с истинной интерференционной картиной или с кажущимися глазу полосами, возникновение которых связано с явлением контраста, и т. д. Некоторые интересные данные по физиологической оптике содержатся в лекциях Р.Фейнмана, который счел возможным сочетать изложение этих вопросов с основами физической и геометрической оптики.  [c.14]

mash-xxl.info


Смотрите также