4. Дифракционное излучение

Возмущение поля движущегося заряда приводит к возникновению излучения. Существуют различные способы вызвать возмущение поля движущегося заряда. Один из них разобран в разделе переходного излучения.

Возмущение поля движущегося заряда можно вызвать, если на пути движущейся частицы поместить препятствие.

Пролетая около препятствия, заряженная частица перестраивает свое электрическое поле, в результате чего возникает излучение. Понять это явление проще, если представить поле частицы в виде системы волновых полей. При своем движении частица переносит с собой стоячие, убывающие по амплитуде, волны. При определенном расстоянии от препятствия волновое поле налетает на него, например, на проводящий экран. При падении электромагнитной волны на экран возникает дифракция поля. Поэтому каждое частичное поле заряда испытывает на экране эту дифракцию, порождая независимо распространяющуюся от частицы вторичную волну. Такое излучение получило название дифракционного излучения.

Если заряженная частица движется над дифракционной решеткой, то частота спектра излучения источника

где m = 1, 2, 3, …,  порядок дифракционного спектра; d – период решетки.

Рис. 4

Неподвижный наблюдатель через щели дифракционной решетки (рис. 4) увидит периодически появляющийся источник.Если наблюдатель не знает о существовании дифракционной решетки, то он скажет, что видит движущийся источник, который периодически вспыхивает с определенной частотой. Спектр излучения этого источника является доплеровским. Частота вспышек ₀=v/d. Наблюдатель видит не только основную частоту излучения, но и кратные ей частоты, что объясняется не синусоидальностью колебаний движущегося источника.

Рис. 5

Этот эффект впервые объяснил И.М. Франк в 1942 г. Э. Парселл и С. Смит в 1953 г. впервые выполнили эксперименты по дифракционному излучению на решетке. Сфокусированный пучок электронов двигался очень близко к плоскости дифракционной решетки, период которой d =1,67 мкм. При этом наблюдалось излучение в видимой части спектра под углом  = 20⁰ –30⁰. Основная частота в спектре соответствовала  10 ^7 м. Кроме основной частоты, наблюдались обертоны до пятого порядка. Дифракционное излучение можно использовать для передачи информации, например, телевизионного сигнала, когда одновременно со звуком передается изображение, состоящее из множества элементов.

Был сконструирован генератор малой мощности «Варотрон», позволяющий получать излучение в диапазоне волн 10^6 – 0,510 ^6 м, т. е. от инфракрасной области спектра до границ видимого спектра. Генератор дифракционного излучения «Оратрон» (рис. 5) имел мощность 11,5 Вт для длины волны 5,45–3,4 мм.

С помощью сферического зеркала дифракционное излучение превращается в стоячую волну, энергия которой концентрируется внутри прибора. Отвод электромагнитной энергии волны осуществляется с помощью волновода, открытый конец которого проходит через отражающее зеркало.