yavor2 (553175), страница 37
Текст из файла (страница 37)
и температура 20 — 40 К, выпускается небольшое количество атомов гелия, водорода или неона. Атомы попадают в резко неоднородное электрическое поле, созданное между острием из исследуемого металла в виде ,уу~уд~Л полусферы с радиусом менее 1000 А и ЖИИцИ па~рижв!!7ув расположенным на расстоянии 10 см Фалу экраном. Напряженность электрического поля вблизи острия достигает примерно (2,2 — 4,5) 10" В!м. л насос В поле атомы поляризуются: у них УДлЛГЛЛ77 ВОЗНИКаЕт ИНДУЦНРОВаиИЫй ДИПОЛЬЙ2$~ГЮ улс!7лу ный момент, благодаря чему они уф~ ЛЖ~С втягиваются в область сильного поля (з 38.5).
Достигнув острия, атом теряет электрон и превращается в положительный пон. На ион поле действует со значительной силой, отРис. 66.!7. талкивая его к экрану. Набрав зна- чительную кинетическую энергию, ион ударяется о люминесцирующий экран и вызывает на ием вспышку.
2. Поверхность металла острия не является абсолютно гладкой — в направлении кристаллографических осей кривизна поверхности несколько отличается от ее кривизны в других направлениях. Это есть следствие общего свойства анизотропии кристаллов (см. ~ 32.1). Кроме того, оказывается, что степень ионизации атомов газа также различна в разных участках острия. Ясно, что число ионов, попадающих в разные области экрана, зависит от ориентации относительно кристаллографической оси, и яркость свечения экрана в разных местах оказывается различной.
На рис. 66.!8 показана фотография структуры кристалла платины, полученная с помощью ионного проектора. Отчетливо видна кубическая структура кристаллической решетки, которая, как известно, является гранецентрированным кубом. Сопоставление такого рода фотографий с данными реитгеноструктурных исследований (6 62.7) позволяет получить ряд новых сведений о строении кристалла. В частности, благодаря высокой разрешающей способности ионного проектора (2,8 А) с его помощью 182 могут быть обнаружены разного рода дефекты структуры, в особенности одиночные дефекты — вакансии, внедрения, замещения Рис. 66.!8. (см.
з 32.4), которые иными методами невозможно наблюдать непосредственно. 8 66.12. Спектральные приборы 1. Сластросколом называется прибор, с помощью которого визуально исследуется спектральный состав света, испускаемого некоторым источником. Если регистрация спектра происходит па фотопластинке, то прибор называется слекжрографом. Спектральное разложение Я 50.4) производится либо с помощью дифракцяонной решетки (Ц 62.2 — 62А), либо с помощью призмы (Я 63.4, 65.3). Для исследований в видимой области спектра применяется стеклянная оптика, а для ультрафиолетовой или инфракрасной области — оптика из кварца, флюорита или каменной соли. 2. На рис.
66.19 изображена простейшая схема спектрографа. Слева расположена коллиматорная труба ЮЕ,. Шель о помещена в фокальной плоскости объектива Е„следовательно, на призму будет падать параллельный пучок света. Из призмы благодаря дисперсии выйдут также параллельные пучки света, отклоненные на разные углы в зависимости от длины волны. В фокальиой плоскости линзы Е, получается множество изображений щели Я, причем каждое изображение соответствует определенной длине волны. 183 Если на щель падает свет, состоящий нз смеси нескольких монохроматических волн, то на пластинке МУ образуется линейчаиимй спектр — ряд узких линий, разделенных черными промежутками. Если же щель освещается белым светом, то мы получим сплошной слеюир с плавными переходами от одного цвета к другому. Рис. 66.
) 9. 3. В спектроскопах линза ~, делается короткофокусной, а действительное изображение спектра, возникающее в ее фокальной плоскости Мй(, рассматривается в окуляр. В этой же плоскости помещается указатель, связанный с микрометрнческим винтом и маховичком с делениями. С помощью этой детали осуществляется градунровка спектроскопа по свету от некоторых стандартных источников. 5 66.13.
Голография 1. В 1948 г. Д. Габор предложил новый метод получения изображений, радикально отличающийся от методов, используемых в обычных оптических приборах. За это открытие он был в 1971 г. удостоен Нобелевской премии по физике. Суть его метода заключается в следующем. Изображения, получаемые в обычных оптических приборах (фотоаппарат, проекционный фонарь, кинопроектор, глаз и т.
п.), регистрируют интенсивность волны, т. е. квадрат ее амплитуды (3 55.3), Фаза волны при этом теряется. Габор предложил использовать явление интерференции с тем, чтобы зафиксировать частотные и фазовые соотношения в волне, а затем полученную картину использовать для восстановления амплитудных соотношений.
Если на обычной фотографии регистрируется только один параметр волны — ее амплитуда, то по методу Габора регистрируется полная информация о всех параметрах волны — частоте, фазе и амплитуде. Возникающая прн этом интерференционная картина называется голограммой (от греческого йо1оз — полный и агапппа — запись), а метод получения изображений — голографией. 2. Для получения голограммы (рис. 66.20,а) пучок света 1 направляется на полупрозрачное зеркало М, которое разделяет его на два пучка.
Опорный пучок 2 попадает непосредственно на фотопластинку г"; предметный пучок 3 освещает объект 8 и рассеивается на нем. Часть рассеянного света попадает на фотопластинку, где он интерферирует с опорным пучком. Возникающая интерференционная картина фиксируется на фотоэмульсии. Это и есть голограмма. Рис. 66.20. Заметим, что по своему внешнему виду голограмма нисколько не похожа на объект. Она представляет собой систему интерференционных максимумов и минимумов, аналогичных, например, системе колец Ньютона (рис. 61.4 или 61.7). 3. Следует обратить внимание на то, что между пучками 2 и 3 имеется значительная разность хода, от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров.
Это создает определенные трудности в процессе получения голограммы. Полупрозрачное зеркало делит колебания каждого светового пучка на два, которые при встрече должны дать интерференционную картину. Но она возникнет лишь в том случае, если в данной. точке пространства встретятся колебания, принадлежащие одному Рис. 66.2К цугу. Это должно продолжаться в течение промежутка времени, соизмеримого со временем пробегания цуга. При этом длина цуга Л должна быть в десятки и даже сотни раз больше разности хода Л (рис. бб.21,а). В этом случае смена цугов в точке наблюдения происходит синфазно, волны когерентиы и интерференция наблюдается.
Если же разность хода окажется близкой к длине цуга (рис. 66.21, б), то смена цугов в опорной и предметной волне происходит независимо, и интерференциониая картина исчезает. Полагая бж1м, /.~30бж30 м, получим для времени испускания цуга: тж — ж = 10-' с. зо злоз = Неопределенность частоты согласно (61.8) составит Л ы ж 1/т ж 10' с ', а относительная неопределенность частоты (61.9) при частоте света вж10" с ' составит Лто/со 10'/10" ж 10-'. Сравнивая с данными Я 61.4 — 61.6, мы видим, что когереитность и монохроматичность обычных источников света недостаточны для получения голограмм.
Именно поэтому в течение полутора десятков лет голография, по словам Габора, <погрузилась в длительную спячку». Лишь в 1962 — 1963 гг. были изобретены оптические квантовые генераторы — лазеры (см. з 79.4), излучающие весьма когереитный свет с длиной цуга, в несколько тысяч раз большей длины цуга от обычных источников света (например, ртутных ламп).
С помощью когерентного света от лазеров удается получить весьма качественные голограммы. 4. Схема восстановления изображения показана на рис. 66.20,б. Восстанавливающий пучок 4 когереитного света падает на голограмму под тем же углом, под которым опорный пучок 2 падал иа фотопластинку.
Рассеиваясь на интерференционных максимумах и минимумах, зафиксированных на голограмме, свет преобразуется в два пучка — расходящийся пучок б и сходящийся пучок б. Пучок б дает действительное объемное изображение объекта 5,. Недостаток его, как видно из рисунка, заключается в том, что он является зеркальным изображением объекта, что не всегда удобно. Обычно для наблюдения используется расходящийся пучок б. Расположенный по его ходу глаз смотрит сквозь голограмму, как сквозь окно, и видит мнимое изображение предмета Яо которое в точности совпадает с объектом.
5. Метод получения цветных голограмм предложил в 1962 г. Ю. Н. Денисюк, основываясь на идее Липмана о цветной интерференционной фотографии. Здесь (рис. 66.22,а) опорная волна ! и предметная волна 2 падают с двух сторон иа толстослойиую эмульсию г", в которой возникает система стоячих волн (см. 3 57.2). Для восстановления голограмму освещают под тем же углом восстанавливающей волной 3, которая рассеивается на пучностях стоячей волны, Наблюдатель, воспринимая рассеянный пучок 4, 186 наблюдает мнимое изображение Я; (рис. 66.22,6). Особенность цветной голограммы заключается в том, что пучности, образованные волнами разной длины„расположены в разных слоях.
Следовательно, если осветить голограмму белым светом, то в разных ее участках будут усиливаться волны, соответствующие тому цвету, который был основой для голограммы, и мы увидим объемное цветное изображение предмета. За открытие метода получения цветных голограмм Ю. Н. Денисюк был удостоен Ленинской премии. Рис. 66.22. 6. В чем же достоинства голографического метода, который в настоящее время интенсивно развивается? Рассмотрим некоторые из них. а) В обычной фотографии каждый участок эмульсии изображает отдельный участок предмета. Поэтому информация, содержащаяся на одном участке фотографии, никак не связана с информацией, содержащейся на другом участке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
