Дифракция на пространственной решетке.
Дифракция света наблюдается на одномерных решетках (система параллельных штрихов), на двумерных решетках (штрихи нанесены во взаимно перпендикулярных направлениях в одной и той же плоскости) и на пространственных (трехмерных) решетках — пространственных образованиях, в которых элементы структуры подобны по форме, имеют геометрически правильное и периодически повторяющееся расположение, а также постоянные (периоды) решеток, соизмеримые с длиной волны электромагнитного излучения.
Кристаллы, являясь трехмерными пространственными образованиями с постоянной решетки порядка 10-10 м, могут быть использованы для наблюдения дифракции рентгеновского излучения (λ ≈ 10-12÷10-8 м).
Представим кристалл в виде параллельных кристаллографических плоскостей, отстоящих друг от друга на расстоянии d. Пучок параллельных монохроматических лучей (1, 2) падает под углом скольжения υ (угол между направлением падающих лучей и кристаллографической плоскостью) и возбуждает атомы кристаллической решетки, которые становятся источниками когерентных вторичных волн (1' и 2'), интерферирующих между собой. Максимумы интенсивности будут наблюдаться в тех направлениях, в которых все отраженные атомными плоскостями волны будут находиться в одинаковой фазе: — Формула ВульФа-Брэггов.
Эта формула используется в:
1)рентгеноструктурном анализе — если известна λ рентгеновского излучения, то, наблюдая дифракцию на кристаллической структуре неизвестного строения и измеряя υ и m, можно найти d, т.е. определить структуру вещества;
2)рентгеновской спектроскопии — если известна d, то измеряя υ и т, можно найти длину волны λ падающего рентгеновского излучения.
Разрешающая способность спектрального прибора.
Если бы даже существовала идеальная оптическая система без дефектов и аберраций, то все равно изображение любой светящейся точки, вследствие волновой природы света, будет в виде центрального светлого пятна, окруженного чередующимися темными и светлыми кольцами.
Критерий Рэпея — изображения двух близлежащих одинаковых точечных источников или двух близлежащих спектральных линий с равными интенсивностями и одинаковыми симметричными контурами разрешимы (разделены для восприятия), если центральный максимумдифракционной картины от одного источника (линии) совпадает с первым минимумом дифракционной картины от другого (рис. (а)). При этом интенсивность "провала" между максимумами составляет 80% интенсивности в максимуме. Этого достаточно для разрешения линий λ1 и λ2. Если критерий Рэлея нарушен, то наблюдается одна линия (рис. (б)).
Разрешающей способностью спектрального прибора называютбезразмерную величину , где — абсолютное значение минимальной разности длин волн двух соседних спектральных линий, при которой эти линии регистрируются раздельно.
Разрешающая способность дифракционной решетки.
Пусть максимум m-го порядка для длины волны λ2 наблюдается под углом φmax (dsin φmax = mλ2). В том же порядке ближайший дифракционный минимум для волны λ1 находится под углом φmin (dsin φmin = mλ1 +λ1/N). По критерию Рэлея φmax = φmin, откуда
Таким образом, разрешающая способность дифракционной решетки пропорциональна порядку спектра т и числу N щелей.
Взаимодействие электромагнитных волн с веществом
Дисперсия света.
Дисперсией света называется зависимость показателя преломления п от частоты v (длины волны λ) света (или зависимость фазовой скорости υ световых волн от его частоты v).
Следствием дисперсии является разложение в спектр пучка белого света при прохождении его через призму. Дисперсия проявляется лишь при распространении немонохроматических волн.
Рассмотрим дисперсию света в призме. Пусть монохроматический луч под углом α1, падает на призму с показателем преломления п и преломляющим углом А. После двукратного преломления на левой и правой гранях призмы луч отклоняется на угол .
Если углы А и α1, (а значит и а2, γ1 и γ2) малы, то . Поскольку γ1 + γ2 = А, то а2 = γ2п = n(А — γ1) = =п(А — а1/n) = пА — а1, откуда а1 + а2 = пА. Поэтому φ = А(п — 1) — угол отклонения лучей призмой тем больше, чем больше преломляющий угол призмы.
Величина называется дисперсией вещества. Для всех прозрачных веществ показатель преломления уменьшается с увеличением длины волны: (см. рисунок). Такая дисперсия называется нормальной (или отрицательной). Вблизи линий и полос сильного поглощения ход кривой п(л) — кривой дисперсии — обратный:
. Такая дисперсия называется аномальной. На явлении нормальной дисперсии основано действие призменных спектрографов. Угол отклонения лучей призмой зависит от показателя преломления, который в свою очередь, зависит от длины волны. Поэтому призма разлагает белый свет в спектр, отклоняя красные лучи (длина волны больше) слабее, чем фиолетовые (длина волны меньше).
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|