40.Явление дифракции света. Положения принципа Гюйгенса-Френеля. Дифракция Фраунгофера на щели и дифракционной решётке. Рентгеноструктурный анализ.
Дифракция-совокупность явлений, кот-е обусловлены волновой природой света и наблюдаются при его распространении в среде с резко выраженной оптич неоднородностью.
Различие дифракции и интерференции света
А)если перераспределение света в пр-ве наступит в результате суперпозиции волн (наложения),возбужд. конечным числом дискретных ,когерентных источников, то имеет место интерференция света.
Б)если перераспределение интенсивности света в пр-ве наступит в результате суперпозиции волн, расположенных непрерывно, то имеет место дифракция света.
Положения принципа Гюгенса-Френеля
1
)каждая
точка, до которой доходит волновое
движение служит центром вторичных волн
2)при расчете световых колебаний, возбужденным источником S произвольной точки Р, источник S можно заменить эквивалентным ему системой вторичных источников- малых участков ds замкнутой вспомогательной поверхности S1,проведенной так, чтоб эта поверхность охватывала источник S, но не охватывала т.Р
3)Вторичные источники когерентны источнику S и между собой, поэтому возбужденные ими вторичные волны интерферируют при наложении.
4)Амплитуда dA колебаний возбуждаемых в т.Р вторичным источником пропорционально отношению ds соответствующего участка поверхности S1 к расстоянию r-от источника ds до т.Р (ds/r) и зависит от угла между внешней нормалью к волновой поверхности ds и напр. в т.Р
dA=f(
)A
(1)
A-величина пропорциональна амплитуде первичной волны в точке ds, а f( )-монотонно ↓ от 1,когда α=0, до 0,когда α>=π/2.
Это значит, что источник S назад не излучает.
5)Если часть поверхности S1 занята непрозрачным экраном ,то соотв. вторичные источники не излучают также, как и по всей поверхности экрана.
Поэтому результирующие колебания в т.Р записывается как суперпозиция колебаний взятых для всей волновой поверхности.
Е=
(2)-аналитическое
выражение принципа Гюйгенса-Френеля.
Дифракция Фраунгофера на щели и дифракционной решетке
Это значит ,что источник света и экран располагаются в фокальной пл-сти соотв. линз
В
соответствии с примером Гюйгенса-Фр.
все т. Щели явл. источником вторичных
волн, колеблющих в 1-ой фазе,т.к. пл-ть
щели составл. С фронтом падающей волны.
Рассмотрим картину формирования max и min интенсивности в побочном фокусе линзы собир. лучи, прошедшие через щель под углом ,тогда между лучами ВМ и СN имеется оптическая разность хода ∆=СD=bsinᴪ(3).
Разобъем
щель на законы Френеля-полоски размером
b’=
(4),
тогда оптическая разность хода лучей
между соседними зонами Френеля равна:
∆=
– нечетное число длин полуволн,поэтому
соседние зоны Френеля излучая волны
гасят друг друга,т.к. они излучаются с
одной амплитудой,но с противоположными
фазами. В результате интерференции
света от щели в т. Fᴪ
зависит от того сколько зон Френеля
укладывается в щели. Если:
b’sinᴪ=±2m (6)-max
b
’sinᴪ=±(2m+1)
(7)
– min
Iᴪ=I0
(8)
Дифракционная
решетка –совокупность большого числа
одинаково стоящих друг от друга щелей.
∆=dsinᴪδ=
-разность фаз
Iреш=Iᴪ
(9)
Imax=N^2Iᴪ(10)
Пространственная 3D дифракционная решетка наз. такая оптически неоднородная среда,неоднородность которой повторяется при изменении все 3-ех координат.
В ней атомы-система с центрами,к-е когерентно рассеив. падающие лучи на неё электоро-магнитную волну.
d
≈0.1
нмd>𝜆𝜆св≈500нм
10 нм≥𝜆рент≥0,001 нм
Впервые дифракцию рентгеновских лучей разработал Макс Лаур на дифракционной решетке. В соответствии с расчетами(Вульф,Брэгги)
2dsinӨ=±m𝜆(11)-условие дифракции maxm=0,1,2,…
Формула Вульфа-Брэггав (самая важная в рентгена-структурном анализе):
Если изв «𝜆»,то можно определить период решётки.