Дифракция Фраунгофера на одной щели

Дифракция Фраунгофера (или дифракция плоских световых волн, или дифракция в параллельных лучах) наблюдается в том случае, когда источник света и точка наблюдения бесконечно удалены от препятствия, вызвавшего дифракцию.

Для наблюдения дифракции Фраунгофера необходимо точечный источник поместить в фокусе собирающей линзы, а дифракционную картину можно исследовать в фокальной плоскости второй собирающей линзы, установленной за препятствием.

Пусть монохроматическая волна падает нормально плоскости бесконечно длинной узкой щели (), - длина, b - ширина. Разность хода между лучами 1 и 2 в направ­лении φ

Разобьём волновую поверхность на участке щели МN на зоны Френеля, имеющие вид полос, параллельных ребру М щели. Ширина каждой полосы выбирается так, чтобы разность хода от краев этих зон была равна λ/2, т.е. всего на ширине щели уложится зон. Т.к. свет на щель падает нормально, то плоскость щели совпадает с фронтом волны, следовательно, все точки фронта в плоскости щели будут колебаться синфазно. Амплитуды вторичных волн в плоскости щели будут равны, т.к. выбранные зоны Френеля имеют одинаковые площади и одинаково наклонены к направлению наблюдения.

Число зон Френеля укладывающихся на ширине щели, зависит от угла φ.

Условие минимума при дифракции Френеля:

Если число зон Френеля четное

или

то в т. Р наблюдается дифракционный минимум.

Условие максимума:

Если число зон Френеля нечетное

то наблюдается дифракционный максимум.

При φ’=0, Δ = 0 в щели укладывается одна зона Френеля и, следо­вательно, в т. Р главный (центральный) максимум нулевого порядка.

Основная часть световой энергии сосредоточена в главном максимуме: m =0:1:2:3...; I =1: 0,047: 0,017: 0,0083... (m -порядок максимума; I - интенсивность).

Сужение щели приводит к уширению главного максимума и уменьшению его яркости (то же и с другими максимумами). При уширении щели (b>λ) максимумы будут ярче, но дифракционные полосы становятся уже, а числе самих полос - больше. При b>> λ центре получается резкое изображение источника света, т.е. имеет место прямолинейное распространение света.

При падении белого света будет разложение на его составляющие. При этом фиолетовый свет будет отклоняться меньше, синий - больше и т.д., красный - максимально. Главный максимум в этой случае будет белого цвета.

8. Дифракционная решетка как спектральный прибор. Разpешающая способность дифракционной pешетки.

Дифракционная решётка — оптический прибор, действие которого основано на использовании явления дифракциисвета. Представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (щелей, выступов), нанесённых на некоторую поверхность. Первое описание явления сделал Джеймс Грегори, который использовал в качестве решётки птичьи перья.

Разрешающая способность дифракционной решетки определяется общим числом штрихов и порядком спектра. Величина разрешающей способности может составлять сотни тысяч: единиц. Разрешающая способность дифракционной решетки определяется также исходя из критерия Рэлея.Разрешающая способность дифракционной решетки, Как известно, зависит от числа штрихов или, для случая дифракции на ультразвуке, от числа длин волн звука, укладывающихся на ширине светового пучка. При ширине светового пучка в несколько длин волн разрешение дифракционных линий еще достаточно хорошее Высокая разрешающая способность дифракционной решетки используется благодаря большому фокусному расстоянию камерного объектива.Теоретическая разрешающая способность дифракционной решетки. Выразим ширины главных интерференционных максимумов через параметры решетки.От чего зависит разрешающая способность дифракционной решетки и как вывести формулу для ее определения.Разумеется, спектральная разрешающая способность обьемной дифракционной решетки с малым числом слоев почернения недостаточна для монохроматизации освещающего голограмму белого света в той же степени, в какой моиохроматично излучение лазера, использованного на i гпдии регистрации голограммы. Поэтому изображения, подаваемые толстослойными голограммами, будут не ииолне монохроматическими.Непосредственное экспериментальное определение разрешающей способности дифракционной решетки является нелегкой задачей и требует специальных источников света, в спектре которых имеются близкие спектральные линии, находящиеся на пределе разрешения. Обозначим через 6Х разность их длин волн.Из рассмотрения вопроса об разрешающей способности дифракционной решетки и призмы следует, что имеет место связь между разрешающей способностью и угловой дисперсией спектральных приборов. Однако эта связь носит сложный характер. Действительно, в некоторых случаях увеличение угловой дисперсии сопровождается увеличением в такой же мере и разрешающей способности. В других случаях этого может и не быть. Наоборот, возможно увеличение разрешающей способности прибора без увеличения его угловой дисперсии. Следовательно, в последних случаях эти две важнейшие характеристики приборов оказываются как бы независимыми.Из формулы видно, что разрешающая способность дифракционной решетки тем больше, чем больше порядок k спектра и число N щелей. Но практически это не используется, так как спектры больших порядков могут перекрываться, кроме того, их интенсивность мала.Как уже отмечалось, практическая разрешающая способность дифракционной решетки ограничивается точностью расположения штрихов.Отношение Я / бЯ называется разрешающей способностью дифракционной решетки; она равна, как видно из формулы, полному числу линий в решетке, умноженному на порядок максимума луча.Величина А / ДА называется разрешающей способностью дифракционной решетки. Действительно, чем меньше ДА при данной длине волны А, тем более близкие линии можно будет наблюдать раздельно в дифракционном спектре. Формула (13) показывает, что разрешающая способность дифракционной решетки пропорциональна числу штрихов на ней.

9. Дифpакция pентгеновских лучей. Рентгеностpуктуpный анализ. Методы Лауэ и Дебая.

Рентгенострукту́рный ана́лиз (рентгенодифракционный анализ) — один из дифракционных методовисследования структуры вещества. В основе данного метода лежит явление дифракции рентгеновских лучейна трёхмерной кристаллической решётке.

Явление дифракции рентгеновских лучей на кристаллах открыл Лауэ, теоретическое обоснование явлению дали Вульф и Брэгг (условие Вульфа — Брэгга). Как метод, рентгеноструктурный анализ разработан Дебаеми Шеррером.

Метод позволяет определять атомную структуру вещества, включающую в себя пространственную группуэлементарной ячейки, её размеры и форму, а также определить группу симметрии кристалла.

Рентгеноструктурный анализ и по сей день является самым распространённым методом определения структуры вещества в силу его простоты и относительной дешевизны.

Разновидности метода[править | править вики-текст]

· Метод Лауэ применяется для монокристаллов. Образец облучается пучком с непрерывным спектром, взаимная ориентация пучка и кристалла не меняется. Угловое распределение дифрагированного излучения имеет вид отдельных дифракционных пятен (лауэграмма).

· Рентгенодифрактометрический метод.

· Метод Дебая — Шеррера используется для исследования поликристаллов и их смесей. Хаотическаяориентация кристаллов в образце относительно падающего монохроматического пучка превращает дифрагированные пучки в семейство коаксиальных конусов с падающим пучком на оси. Их изображение нафотоплёнке (дебаеграмма) имеет вид концентрических колец, расположение и интенсивность которых позволяет судить о составе исследуемого вещества.

10. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Форма и степень поляризации монохроматических волн. Закон Малюса.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТАфиз. характеристика оптич. излучения, описывающая поперечную анизотропию световых волн, т. е.неэквивалентность разл. направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу. Первые указания напоперечную анизотропию светового луча были получены голл. учёным X. Гюйгенсом в 1690 при опытах скристаллами исл. шпата. Понятие «П. с.» было введено в оптику англ. учёным И. Ньютоном в 1704—06.

Напомним, что поляризованным называется свет, в котором направления колебаний светового вектора упорядочены каким-либо образом (см. § 110). В естественном свете колебания различных направлений быстро и беспорядочно сменяют друг друга.Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора называется естественным

Закон Малюса — физический закон, выражающий зависимость интенсивности линейно-поляризованного света после его прохождения через поляризатор от угла между плоскостями поляризациипадающего света и поляризатора.

где — интенсивность падающего на поляризатор света, — интенсивность света, выходящего из поляризатора, — коэффициент пропускания поляризатора.

Установлен Э. Л. Малюсом в 1810 году.

В релятивистской форме

где и — циклические частоты линейно поляризованных волн, падающей на поляризатор и вышедшей из него.

11. Поляризация света при отражении и преломлении от границы раздела двух сред. Закон Брюстера. Формулы Френеля.

Поиск по сайту: