12. Дифракционная решетка

… это система параллельных чередующихся прозрачных и непрозрачных полос на плоской пластинке

Направим нормально пучок монохроматических лучей. В результате дифракции лучи выходят под различными направлениями. Лучи одного направления соберутся в фокальной плоскости линзы. Каждому направлению будет соответствосать точка на экране.

Оптич. разн—ть хода между 2—мя лучами Δ (лучи 1 и 2). На экране будет интерференция вторичных волн. max—м будет в случае если Δ=d*sinφ=m*λ:m=0,±1,±2,…

Если на решетку падает белый свет (разные длины волн), то на экране вместо кождого max—ма будет полоска спектра

Sinφ =m*λ/d .

Диф. решетка разлагает свет в спектр и явл—ся спектральным прибором

Характеристики любого спектрального прибора: угловая дисперсия и разрешающая способность.

D—угл—ая дисперсияD=Δφ/Δλ —равно отношению углового расстояния между двумя 2—мя соседними спектральными линиями с длинами λ и λ+Δλ к величине Δλ

Для диф. решетки ее легко найти если взять полный дифиринциал от условия max—а

D*cosφ*Δφ=m*Δλ

D=Δφ/Δλ=m/(d*cosφ) —угловая дисперсия для диф решетки

Для небольших φ cosφ =1 =>D=m/d

Разрешающая способность любого спектрального прибора R=λ/Δλ

λ=(λ₁+λ₂)/2 .

Δλ—minрасстояние между двумя соседними спектральными линиями, к—рые еще воспринимаются раздельно

Для диф. решетки R=m*Nm—порядок спектральной линии (номерmax—а);N— число щелей на диф. решеткеN~1000*l=2*10⁵l—длина реш—и

13.Дифракция рентген. Лучей на кристаллах.Ф—ла Брэгга—Вульфа

Диф. решетка — одномерная периодическая структура. На экране — система параллельных полос. Если взять 2 диф. решетки и расположить их одна за лругой ,взаимно перпендикулярными полосками, то будет двумерная периодическая структура. В результате дифракции на экране будет система светлых и темных пятен. Возможна диф—ия и на 3—х мерной периодической структуре. Такой структурой явл—ся кристалич. реш—а тв. тела. Неоднородностями там являются атомы в узлах решетки. В монокристаллах атомы расположены обычно в кристаллографических областях

d

• • • • • • d~0.1нм=1А^˚(ангстрем)

• • • • • •

• • • • • •

• • • • • • т.к. видимый свет имеет длину 0,4—0,7мкМ>>d, то в видимом свете диф—ция в кристаллах не наблюдается . Чтобы наблюдать дифракцию надо чтобы λ была сравнима сd. Это выполняется для рентгеновских лучей λ=несколько Аº

Δ₁₂=DB+DC=2DB=2*d*sinα

2*d*sinα=mλ ,m=1,2,3,4…ф—ла Б—Ф

α—угол скольжения

Отраж. от кристалла под углом α лучи будут интерферировать, и будет наблюдаться max—м

Рентгеноструктурный анализ.Рентгеноспектроскопия

Если направить на монокристалл рентген. лучи с длиной волны λ, то под каким—то углом α будет наблюдаться max. По ф—ле Б—Ф можно определитьd— период кристал. решетки. Это и есть рентгеноструктур. анализ.

Если известен период решетки, то можно выч—ть λ. Этим занимается рентгеноскопия.

14.Понятие о голографии.Запись и воспроизведение голограмм.Голог-

раммы Ю.Денисюка.Свойство голограмм.Применение.

Голография - это метод получения обьемных изображений,основанный на интерфференции волн.В переводе полная запись. Голография как и фотографафия позволяет получить информацию о яркости обьекта в любой точке,но в отличие от фотографии которая дает плоское изображение,на голограмме записывается информация не только о яркости отдельных точек ,но и о расстоянии от этих точек до голограммы.

Физические основы голографии были заложены в 1947 г. английским ученым Габором.Первые голограммы были получены в 1963 г. американские учеными Лэйтом и Уйатниексом.В 1961 г. советский ученый Ю.Денисюк предложил метод получения голограмм на толстослойных фотоэмульсиях.Получение голограмм стало возможным именно в это время,т.к в это время(60-е годы) появились источники когерентного излучения(лазеры)

Оптическая схема получения голограммы:

Лазер-источник монохроматического излучения обладающий высокой степенью пространственной и временной когерентностью.Узкий лазерный пучок проходит через систему линз и расширяется.Часть потока отражается от плоско го зеркала (1-опорный пучок) на фотопластинку.Вторая часть пучка(рабочий пучок) отражается от фотографируемого обьекта и попадает на фотопластинку. Между лучами опорного и рабочего пучка будет разность фаз,которая зависит от разности хода,т.е от расстояния между фотопластинкой и конкретной точкой обьекта.И в зависимости от разности фаз на пластинке будет наблюдаться интерференционная картина, которая представляет собой замысловатый узор.Эту замысловатую картину называют голограммой.На голограмме зафиксирована информация не только о яркости отдельных точек обьекта,но и расстоянии до этих точек.Голограмма получается в результате интерференции 2х пучков (сигнального и опорного) называется 2х пучковой схемой по-

лучения голограммы. Для того чтобы опорная волна и рабочая интерферировали необхо-

димо чтобы они обладали высокой степенью временной и пространственной когерентности.Это обеспечивается лазером. Схема установки для воспроизведения голонрамм: В этой установке такой же лазер, расположение зеркала, расширитель пучка.

Сигнальный пучок перекрывают.Остается опорный пучок. Опорный пучок проходя через голограмму,претерпевает дифракцию(дифрагирует).Волны расходятся по всевозможным направлениям.В результате после голограммы можно наблюдать 2 изображения обьекта: одно-мнимое-является копией обьекта;его наблюдают через фотопластинку как через окно.Действительное изображение обьекта находится перед пластинкой.

Свойства голографического изображения.

1)Основное - обьемность.Перемещая глаза можно рассмотреть обьект с 3х сторон.

2)На каждом кусочке голограммы записана информация обо всем обьекте.Поэтому голограмму можно разбить и полное голографическое изображение всего обьекта по отдельному кусочку голограммы.Чем меньше кусочек,тем хуже изображение.

3)На одной фотопластине можно получить несколько сотен голограмм.Для этого необходимо перед экспозицией очередного кадра повернуть фотопластинку на небольшой угол.Если при экспозиции используется лазер,например,красного цвета,то изображение будет красным.Если нужно цветное изображение,необходимо использовать лазер с перестраиваемой длиной волны или 3 лазера поочеред-

но(красный,синий,зеленый) использовать.

Ю.Денисюк предложил и осуществил метод получения обьемных изображений,которые при воспроизведении не требуют лазера.Голограмму Денисюка можно наблюдать в видимом свете от обычных источников.

При записи голограмм используются фотопластинки с толстым слоем

фотоэмульсий.При экспонировании тонкой пластинки интерференция опорного и сигнального луча наблюдается по всему обьему фотопластинки.Такая голограмма называется обьемной.Если после проявления обьемной голограммы осветить ее естественным белым цветом,то получается обьемное цветное изображение,если оно было записано 3 основными волнами.

Возможное применение голографии.

1)Получение голографических изображений произведений искуств и устраивать выставки.

2)В рекламе,шоу-бизнесе.

3)Голографическое кино и телевидение.В 1971 в совеском союзе была снята первая картина.

4)При конструировании новых фвтомобилей.

5)Голографическая интерферометрия:2 метода

а)Метод двойного экспонирования для контроля обьекта(Двойная голография) - на фотопластинку последовательно записываются два голографических изображения одного и того же обьекта.Первое в исходном состоянии.Второе после какого-нибудь воздействия на обьект.При просвечивании двойной голограммы восстановленные вол-

ны изображений накладываясь друг на друга интерферируют.И на фоне голографического изображения обьекта наблюдается система интерференционных полос.По которым можно судить о реформациях обьекта в разных точках.

b)Метод реального времени:Получаем голографическое изображение обьекта в исходном состоянии.Голограмму проявляют и устанавливают в исходное состояние.Опять освещают обьект,воздействуют на него каким-либо способом(реформируют).Если осветить голограмму опорной волной,то можно наблюдать на фоне изображения обьекта интерференционные полосы,которые в реальном времени будут изменяться по мере реформации обьекта.Голограммы применяются как предметы оптических систем:дифракция решеток.Большие перспективы имеют акустические голограммы,т.е получение изображений с помощью упругих механических волн. Применение голографии для поиска полезных ископаемых;для получения изображения внутренних волн;дефектоскопия.