А.Е. Тарасов - Конспект по спецразделам физики для РТФ, страница 8

Размеры этих пятен уменьшаются приувеличении числа щелей, а яркость возрастает. Такая же картина получается, если на одностекло нанести ряд взаимно перпендикулярных полос.Дифракция наблюдается также и на трехмерных структурах. Всякий монокристаллсостоит из упорядоченно расположенных атомов (ионов), образующих пространственнуютрехмерную решетку (естественная пространственная решетка).Период атомной решетки порядка; длина волны света. При такихусловиях никаких дифракционных явлений на атомных дифракционных решетках свидимым светом не будет. Нужно излучение с меньшей длиной волны, напримеррентгеновское.

Для рентгеновских лучей кристаллы твердых тел являются идеальнымидифракционными решетками.В 1913 г. русский физик Г.В. Вульф и английские ученые отец и сын Генри и ЛоуренсБрэгги, независимо друг от друга, предложили простой метод расчета дифракциирентгеновских лучей в кристаллах. Они полагали, что дифракцию рентгеновских лучейможно рассматривать как результат отражения рентгеновских лучей от плоскостейкристалла.

Это отражение, в отличие от обычного, происходит лишь при таких условияхпадения лучей на кристалл, которые соответствуют максимуму интерференции длялучей, отраженных от разных плоскостей.иНаправим пучок рентгеновских лучей 1 и 2 на две соседние плоскости кристалла(рис. 3.1.37).48Рис. 3.1.37Абсолютный показатель преломления всех веществ для рентгеновских лучей равен 1.Поэтому оптическая разность хода между лучами и,где θ – угол между падающими и отраженными лучами и плоскостью кристалла (уголскольжения).Интерференционные максимумы должны удовлетворять условию Вульфа–Брэггов:,(m = 1, 2, 3, ... .).(3.1.27)Из формулы (3.1.27) видно, что дифракция будет наблюдаться лишь при.

Т.е. при условиибудут отсутствовать дифракционные максимумы. Поэтому условиеназывают условием оптической однородности кристалла.Из (3.1.27) следует, что наблюдение дифракционных максимумов возможно толькопри определенных соотношениях между λ и θ. Этот результат лежит в основеспектрального анализа рентгеновского излучения, так как длину волны определяют поизвестным d, m и измеренному на опыте углу.Исследуя дифракцию рентгеновских лучей, можно решить и обратную задачу: еслиизвестна длина волны λ рентгеновских лучей, можно определить период кристаллическойрешетки d и ориентацию атомных плоскостей в пространстве.

Эта идея была высказананемецким физиком М. Лауэ в 1912 г. и явилась существенным вкладом в развитие физикитвердого тела.Поликристаллические образцы представляют собой множество мелких кристалликов,ориентированных хаотически в пространстве. Направим на кристалл монохроматическийпучок рентгеновских лучей с известной длиной волны λ, и всегда найдутся кристаллы,ориентированные под нужным углом, а рефлексы (светлые точки на фотопластинке) отразных кристаллов образуют концентрические окружности D1, D2, D3 (рис. 3.1.38).49Рис. 3.1.38.

Облучение монохроматическим рентгеновским излучением от источника Sполикристаллического образцаПри облучении монохроматическим рентгеновским излучением от источника Sполикристаллического образца O c беспорядочной ориентацией кристаллическихплоскостей для различных направлений возникают конусы направлений D1, D2, D3,…, вкоторых выполнено условие Вульфа-Брэггов. Этот метод был предложен в 1926 г. П.Дебаем и П. Шеррером (метод Дебая–Шеррера).3.1.15. Поляризация света. Естественный и поляризованный светПри изучении явлений интерференции и дифракции вопрос о том, являются световыеволны продольными или поперечными, имел второстепенное значение. Там мы изучалиспособы оценки модуля вектора напряженности электрической составляющейэлектромагнитной волны.

Здесь мы обсудим его направление.основное свойство электромагнитных волн – поперечность колебаний векторовнапряжённости электрического и магнитного полей по отношению к направлениюраспространения волны (рис. 3.1.39).Рис. 3.1.39. Поперечность колебаний векторов напряжённости электрического имагнитного полей по отношению к направлению распространения волны50В каждом отдельном случае (для каждого цуга волн) имеется та или иная ориентациявекторов E и H в пространстве по отношению к распространению (направления луча).Такая асимметрия характерна только для поперечных волн.

Продольная волна всегдасимметрична относительно направления распространения.Как правило, излучение естественных источников представляет собой примерэлектромагнитных волн со всевозможными равновероятностными ориентациями вектораE , т.е. с неопределённым состоянием поляризации. Такой свет называютнеполяризованным или естественным (рис. 3.1.40, а).аРис. 3.1.40.Неполяризованныйполяризованный (в) светб(а),вчастично-поляризованный(б),полностьюСвет с преимущественным (но не исключительным) направлением колебаний вектораE называют частично поляризованным светом (рис. 3.1.40, б).в природе существует обширный класс электромагнитных волн, в которых колебанияэлектрического и магнитного полей совершаются в строго определённых направлениях.Такое свойство определяет состояние поляризации электромагнитной волны.

Если векторнапряженности электрического поля электромагнитной волны колеблется вдольнекоторого направления в пространстве, говорят о линейной поляризациирассматриваемой электромагнитной волны (рис. 3.1.40, в). Электромагнитная волна в этомслучае называется полностью поляризованной.Из уравнений Максвелла следует существование полностью поляризованныхэлектромагнитных волн, у которых по мере распространения волны векторынапряжённости электрического и магнитного полей изменяются таким образом, чтотраектория их движения в плоскости, поперечной направлению распространения волны,представляет собой эллипс или окружность. В этом случае говорят, соответственно, обэллиптической, или круговой, поляризации электромагнитной волны (рис.

3.1.41, а,б).51абРис. 3.1.41. Различные виды поляризации колебанийРис. 3.1.42. Пространственная структура эллиптически поляризованных волнВинтовая линия, изображенная на этом рисунке, есть геометрическое место концоввектора E , относящихся к различным значениям z в один и тот же момент времени t.

Шагвинта равен длине волны l. С изменением t эта винтовая линия, не деформируясь,перемещается со скоростью света в направлении распространения волны. При этом мыполучим поле E , вращающееся по часовой стрелке (если смотреть навстречу волне).Как показывает опыт, реальные световые волны во многих случаях можно описывать спомощью рассмотренных выше моделей эллиптически поляризованных волн.При распространении электромагнитной волны в реальных средах возможнопревращение неполяризованных волн в полностью поляризованные и наоборот.Примером такого превращения является поляризация электромагнитной волны приотражении.Другой практически важный способ поляризации электромагнитных волн, в частностисветовых волн, представляет рассматриваемое в этой теме распространениеэлектромагнитных волн в оптически анизотропных средах.Естественно, что инструментом для исследования асимметрии поперечных волн можетслужить система, сама являющаяся асимметричной.

Газ, жидкость, твердые аморфныетела изотропны.52Асимметрией обладают кристаллические тела. Их свойства могут различаться вразличных направлениях. Они анизотропны. Отсюда следует, что асимметриюпоперечных световых лучей можно изучать, пропуская свет через анизотропныекристаллы.Устройства, позволяющие получать линейно поляризованный свет, называютполяризаторами. Когда те же самые приборы используют для анализа поляризациисвета, их называют анализаторами. Через такие устройства проходит только та частьволны, у которой векторколеблется в определенном направлении.

Это направлениеназывают главной плоскостью поляризатора (анализатора).Пусть естественный свет падает на кристалл поляризатора Р (рис. 3.1.43).Рис. 3.1.43. Прохождение света через поляризатор и анализаторПосле прохождения поляризатора, он будет линейно поляризован в направлении.Интенсивность света при этом уменьшится на половину. Это объясняется тем, что прислучайных ориентациях вектора E все направления равновероятны.Если вращать поляризатор вокруг светового луча, то никаких особых изменений непроизойдет. Если же на пути луча поставить еще и второй кристалл – анализатор A, тоинтенсивность света будет изменяться в зависимости от того, как ориентированы друготносительно друга обе пластины. Интенсивность света будет максимальна, если осиобоих кристаллов параллельны, и равна нулю, если оси перпендикулярны друг другу.Все это можно объяснить следующим образом:· световые волны поперечны, однако в естественном свете нет преимущественногонаправления колебаний;· кристалл поляризатора пропускает лишь те волны, вектор E которых имеетсоставляющую, параллельную оси кристалла (именно поэтому поляризатор ослабляетсвет в два раза);· кристалл анализатора, в свою очередь, пропускает свет, когда его ось параллельнаоси поляризатора.533.1.16.