5. Дифракция на пространственной решетке. Понятие о рентгеновском спектральном анализе и о рентгеновском структурном анализе вещества.

Дифракционная решётка (одномерная) представляет собой систему параллельных щелей равной ширины, лежащих в одной плоскости и разделённых равными по ширине непрозрачными промежутками. Дифракция, наблюдаемая при прохождении света через такой спектральный прибор, имеет большое практическое значение. Величина d=a+b называется периодом решётки или её постоянной. Разность хода лучей от 2-х соседних щелей будет

Дифракционная картина на решётке определяется как результат взаимной интерференции волн, идущих от всех щелей. Поэтому в тех направлениях, в которых ни одна из щелей не распространяет свет, будут наблюдаться главные минимумы, определяемые условием: (m=1,2,3,….)

Выражение (m=1,2,3,…..) задаёт условие главных максимумов. Т.к. , то число главных максимумов будет определяться выражением К тому же в направлениях, задаваемых условием:

(m=1,2,3,…,N-1,N+1,…,2N-1,2N+1,…мы получим дополнительные минимумы. Для решётки из N щелей между 2-мя главными максимумами находится N-1 щелей, разделённых вторичными максимумами, создающими очень слабый фон. Т. о. чем больше щелей, тем больше образуется минимумов между главными максимумами, и тем более интенсивными и острыми будут сами максимумы.Основными характеристиками дифракционной решётки являются дисперсия и разрешающая сила.

Рентгеноспектральный анализ — инструментальный метод элементного анализа, основанный на изучении спектра рентгеновских лучей прошедших сквозь образец или испущенных им (рентгено-флуоресцентный анализ).В основном, применяется рентгенофлуоресцентный анализ. Он основан на том, что при возбуждении у атома удаляются электроны из внутренних оболочек. Электроны из внешних оболочек перескакивают на вакантные места, высвобождая избыточную энергию в виде кванта рентгеновского диапазона или передавая ее другому электорону из внешних оболочек (ожеэлек-трон). По энергиям и количеству испущенных квантов судят о количественном и качественном составе анализируемого вещества. В качестве источников возбуждения применяют рентгеновское излучение (первичное излучение) или электронный удар. Для анализа спектра вторичного излучения применяют либо дифракцию рентгеновских лучей на кристалле (волновая дисперсия), либо используют детекторы, чувствительные к энергии поглощенного кванта (энергетическая дисперсия). Рентгенострукту́рный ана́лиз (рентгенодифракционный анализ) — один из дифракционных методов исследования структуры вещества. В основе данного метода лежит явление

дифракции рентгеновских лучей на трехмерной кристаллической решетке. Явление дифракции рентгеновских лучей на кристаллах открыт Лауэ, теоретическое обоснование явлению дали Вульф и Брэгг (условие Вульфа-Брэгга). Как метод, рентгеноструктурный анализ разработан Дебаем и Шеррером. Метод позволяет определять атомную структуру вещества, включающую в себя пространственную группу элементарной ячейки, ее размеры и форму, а также определить группу симметрии кристалла. Рентгеноструктурный анализ и по сей день является самым распространенным методом определения структуры вещества в силу его простоты и относительной дешевизны.

6 . Голография. Основная идея голографии. Плоские голограммы и голограммы на толстослойных эмульсиях (голограммы Денисюка).Голография – это безлинзовое получение и последующее восстановление оптического изображения путём востановления волнового фронта. Экспериментальное воплощение и дальнейшая разработка этого способа стали возможным после появления в 1960 г.источников света высокой степени когерентности - лазеров. Для регистрации предметной волны (волны, идущей от предмета), используют ещё когерентную с ней волну, идущую от источника света (опорная волна). Идея голографирования состоит в том, что фотографируется распределение интенсивности в интерференционной картине, возникающей при суперпозиции волнового поля объекта и когерентной ему опорной волны известной фазы. Последующая дифракция света на зарегистрированном распределении почернений в фотослое восстанавливает волновое поле объекта и допускает изучение этого поля при отсутствии объекта. Схема получения голограммы.(рис.а)

Лазерный пучок делится на две части, причём одна его часть отражается зеркалом на фотопластинку (опорная волна), а вторая попадает на фотопластинку, отразившись от предмета (предметная волна). Опорная и предметная волны накладываясь друг на друга, образуют на фотопластинке интерференционную картину. После проявления фотопластинки и получается голограмма - зарегистрированная на фотопластинке интерференционная картина, образованная при сложении опорной и предметной волн. Для восстановления изображения голограмма помещается в то же самое положение, где она находилась до регистрации. Её освещают опорным пучком того же лазера (вторая часть лазера прикрывается диафрагмой). В результате дифракции света на интерференционной структуре голограммы восстанавливается копия предметной волны, образующая объёмное мнимое изображение предмета, расположенное в том месте, где предмет находился при голографировании. Кроме того, восстанавливается ещё и действительное изображение, имеющее рельеф, обратный рельефу предмета, т.е. выпуклые места заменены вогнутыми, и наоборот (если наблюдение ведётся с права от голограммы). В 1962 г. русский физик Юрий Николаевич Денисюк предложил перспективный метод голографии с записью в трехмерной среде. В этой схеме луч лазера расширяется линзой и направляется зеркалом на фотопластинку. Часть луча, прошедшая через неё, освещает объект. Отраженный от объекта свет формирует объектную волну. Как видно, объектная и опорная волны падают на пластинку с разных сторон (т.н. схема на встречных пучках). В этой схеме записывается отражающая голограмма, которая самостоятельно вырезает из сплошного спектра узкий участок (участки) и отражает только его (т.о. выполняя роль светофильтра). Благодаря этому изображение голограммы видно в обычном белом свете солнца или лампы (см. иллюстрацию в начале статьи). Изначально голограмма вырезает ту длину волны, на которой её записывали (однако в процессе обработки и при хранении голограммы эмульсия может менять свою толщину, при этом меняется и длина волны), что позволяет записать на одну пластинку три голограммы одного объекта красным, зелёным и синим лазерами, получив в итоге одну цветную голограмму, которую практически невозможно отличить от самого объекта.Эта схема отличается предельной простотой и в случае применения полупроводникового лазера (имеющего крайне малые размеры и дающего расходящийся пучок без применения линз) сводится к одному лишь лазеру и некоторой основы, на которой закрепляется лазер, пластинка и объект. Именно такие схемы применяются при записи любительских голограмм.

7. Естественный и поляризованный свет. Поляризация света при отражении. Закон Брюстера. Свет представляет собой эл. магн. волну, которая в свою очередь явл. совокупностью двух волн. где E-вектор напряженности, B- вектор магнитной индукции. , Поляризацией называется выделение линейно-поляризованного света из естественного или частично поляриз. Для этой цели используют спец. устройства- поляризаторы. Их действие основано на поляризации света в результате отраж. и преломления естеств. света. Естественный удобно рассматривать, как совокупность одинаковых по интенсивности линейно поляриз.

волн двух типов s- и p-волн. Из , , видно, что для всех углов падения света кроме i=0, коэффициент отражения s-волны (Rs)>(Rp). Поэтому в отличии от падающ. естеств. света, отраж. и преломл. свет будет частично поляризован. Отражен. свет полностью линейно поляриз. в плоскости падения при угле падения Брюстера -закон Брюстера. Степень поляризации можно повысить, подвергая его ряду последователн. отражений и преломлений

8. Двойное лучепреломление. Закон Малюса, Одноосные кристаллы. Понятие оп­тической оси кристалла и главного сечения кристалла.Один из способов получения линейно поляризованного света – явление двойного лучепреломления. Оно связано с анизотропией кристаллов, т.е. показатель преломления в кристалле зависит от направления колебаний вектора E световой волны:

- двуосные кристаллы;

- одноосные кристаллы;

В результате луч естественного света в кристалле разделяется на два луча: обыкновенный (о) и необыкновенный (е).

К аждая точка волнового фронта в кристалле будет источником двух волн. В одноосном кристалле существует одно направление, вдоль которого эти две волны движутся с одной скоростью. Это направление называется оптической осью (МN).

В двуосном кристалле каждая точка является источником двух эллиптических волн и оба преломлённых луча ведут себя как необыкновеннные.

Ход лучей в двоякопреломляющей призме (Николя):

Для склейки двух кусков исландского шпата, из которого сделана призма, используется канадский бальзам т.к. n_e<n_к.б.<n_о. Так как слой бальзама очень тонкий то необыкновенный луч практически не преломляется. Углы же призмы подобраны так чтобы обыкновенный луч на месте склейки испытывал полное внутреннее отражение.

Луч е называется необыкновенным, так как даже в случае нормального падения света на поверхность пластинки вырезанной из одноосного кристалла он преломляется.

Обыкновенная и необыкновенная волны линейно поляризованы. В обыкновенной волне вектор E направлен перпендикулярно главной плоскости кристалла ( плоскость, проходящая через луч и пересекающая оптическую ось кристалла) для обыкновенного луча. Электрический вектор Е необыкновенной волны лежит в главной плоскости кристалла для необыкновенного луча.

Закон Малюса.

Д опустим, что два поляризатора поставлены другь за другом, так что их оси ОА₁ и ОА₂ образуют между сабой некоторый угол. Первый поляризатор пропустит свет, электрический вектор Е₀ которого параллелен его оси ОА₁. Обозначим через I₀ интенсивность этого света. Разложим Е₀ на вектор Е_//, параллельный оси ОА₂

второго поляроида, и вектор , перпендикулярный к ней составляющая будет задержана вторым поляризатором. Через оба поляризатора пройдёт свет с электрическим вектором , длина которого . Интенсивность света, прошедшего через оба поляризатора,будет . Такое соотношение справедливо для любого полиризатора и анализатора. Оно называется законом Малюса.