5.3.7. Дифракция на пространственной (объёмной) решётке

В качестве пространственных решёток могут быть использованы кристаллы, в которых атомы располагаются в правильном порядке на определённом расстоянии ( м) друг от друга по трём координатным осям. При прохождении электромагнитных волн через кристалл, атомы, расположенные в узлах кристаллической решётки, становятся источниками вторичных волн, интерференция которых и приводит к возникновению дифракционной картины.

Для получения дифракционной картины необходимо, чтобы период структуры был больше длины волны . Видимый свет этому условию не удовлетворяет. Для дифракции на пространственной решётке нужны рентгеновские лучи.

Проведем через узлы кристаллической решётки атомные плоскости. Пучок параллельных рентгеновских лучей падает на кристалл под углом скольжения (рис. 5.24) и отражается под таким же углом.

Для того чтобы лучи, отраженные от соседних плоскостей усиливали друг друга, разность хода должна быть кратна целому числу длин волн, т.е. . Следовательно максимум интенсивности дифрагированных лучей наблюдается под углами , которые удовлетворяют условию:

. (5.56)

Формула (5.56) была получена русским учёным Г.В. Вульфом и английским учёным У.Л. Брэггом и называется формулой Вульфа–Брэгга.

Дифракция рентгеновских лучей от кристаллов используется для исследования спектрального состава рентгеновского излучения (рентгеновская спектроскопия) и для изучения структуры кристаллов (рентгеноструктурный анализ).

5.4. Поляризация света

5.4.1. Естественный свет и различные типы поляризованного света

Свет – это поперечные электромагнитные волны, в которых колебания векторов напряженности электрического и магнитного полей происходят перпендикулярно направлению распространения волны. Вместе с тем световые волны не обнаруживают ассиметрии относительно направления распространения, так как они слагаются из множества цугов волн, испускаемых отдельными атомами светящегося тела. Плоскость колебаний светового вектора для каждого цуга ориентирована случайный образом. Поэтому в результирующей волне колебания различных направлений представлены с равной вероятностью, такой свет называется естественным (рис. 5.25).

Свет, в котором колебания каким-либо образом упорядочены, называется поляризованным.

Е сли колебания светового вектора происходят только в одной плоскости, свет называется плоско- поляризованным. Плоскость в которой колеблется световой вектор называется плоскостью колебаний, а перпендикулярная к ней плоскость, в которой колеблется вектор , называется плоскостью поляризации.

Свет, в котором колебания одного направления преобладают над колебаниями других направлений, называется частично - поляризованным. Такой свет можно рассматривать как смесь естественного и плоскополяризован- ного. Если пропустить частично поляризованный свет через поляризатор, то при вращении прибора вокруг направления луча, интенсивность прошедшего света будет изменяться от I_max до I_min , причём переход от одного из этих значений к другому будет совершаться при повороте на угол . За один полный оборот два раза будет достигаться максимальное и два раза минимальное значение интенсивности.

Степенью поляризации называют выражение

(5.57)

Для плоскополяризованного света I_min=0 и P=1, для естественного света и Р = 0.

Плоскополяризованный свет можно получить из естественного с помощью прибора, называемого поляризатором. Он пропускает колебания, параллельные плоскости поляризатора, и полностью задерживает колебания, перпендикулярные этой плоскости.

Пусть на поляризатор падает плоскополяризованнный свет амплитуды и интенсивности (рис.5.26). Сквозь прибор пройдет составляющая колебания с амплитудой

, (5.58)

где - угол между плоскостью колебаний и плоскостью поляризатора.

Следовательно интенсивность света , пропорциональ- ная квадрату амплитуды, определяет- ся выражением

, (5.59)

которое называется законом Малюса.

Если на поляризатор падает естественный свет, то все значения являются равновероятными. Поэтому доля света, проходящего через поляризатор, будет равна среднему значению , т. е. равна 1/2.

.