Дәріс №6.Тақырып: ЖАРЫҚ ТОЛҚЫНДАРЫНЫҢ ДИФРАКЦИЯСЫ

Дифракцияның негізгі заңдылықтары екі принцип арқылы түсіндірледі:

3.1-сурет

айырмасы λ/2 – тең болатындай етіп аламыз. Сонда 1-ші сфераның радиусы b₁=b₀+λ/2,

2-кі b₂=b₁+λ/2, тағы сол сияқты- b_m=b_m-1+λ/2. Осы сфералар Φ толқындық бетті бірнеше зонаға бөледі. Оны Френель зоналары деп атайды (8.8-сурет)

М нүктесіне келген тербелістер амплитудасы кішірейе береді (A₁>A₂>A₃>…> Аm),. Мұндағы A₁ –орталық зонадан, A₂ A₃, A₄…-1,2, зоналардан келген толқындар қоздырған тербелістердің амплитудалары. М нүктесіне көршілес екі зонадан келетін тербелістердің фазалары қарама-қарсы болатындықтан, m зоналар әсерінен пайда болған қорытқы тербелістің А амплитудасы мынаған тең болады: А=А₁-А₂+А₃-А₄+…Аm. Егер m>> 1, A₁>>A_m болған жағдайда :

Сөйтіп, өте көп зоналар немесе өте үлкен толқындық бет әсерінен пайда болған қорытқы тербелістің амплитудасы, орталық зонаның әсерінен пайда болған тербеліс амплитудасының жартысына тең. Барлық Френель зоналардың бетінің ауданы тең. Сыртқы Френель зонасының радиусы тең.

көбейеді, олардың саны тақ болғанда B нүктесінің жарықталынуы күшейеді, жұп болғанда- нашарлайды.

Егер дөңгелек Эm Френель зоналарды жапса, онда экранда тербелістің амплитудасы:

Сонымен B нүктесінде әрқашан интерференциялық максимум байқалады.

Параллель сәулелердің дифракциясы. ( Фраунгофер дифракциясы ) Егер бөгет жарық көзінен өте алыс болса, онда сол бөгетке түсетін жарық шоғы параллель болады, өйткені шексіз қашық толқындық бетті жазық бет деп санауға болады. Егер осындай жазық жарық толқыны дифракцияланғаннан соң жарық сәулелері бұрынғыша параллель болып таралса, сондағы байқалатын жарық дифракциясы Фраунгофер дифракциясы, немесе параллель сәулелер дифракциясы деп аталады.

Ені a=MN ұзын саңлауда болатын Фраунгофер дифракциясын қарастырайық.. MCжәне ND шоқтарының арасындағы жүру жолдарының оптикалық айырмашылығы:

Бір саңылаудан пайда болатын дифракцияны қарастырғанда ақ және қараңғы жолақтар бірінен кейін бірі орналасқанын

3.4-сурет

байқадық. Енді жарық сәулелерін бір саңылаудан ғана өткізбей, осындай бірнеше саңылаудан өткізсек , онда пайда болған ақ және қара жолақтардың ені бір саңылаудан өткен жолақтардың еніне қарағанда енсіздеу (аздау) және жарығырақ болатыны байқалған. Осы жолақтарды дифракциялық бейне деп атайды. Ондай бейнелерді алу үшін дифракциялық тор пайдаланылады. Дифракциялық тор деп параллель орналасқан ені бірдей саңылаулар жиынтығын айтамыз. Дифракциялық тор әдетте шыны пластинканың бетіне сызат жасау арқылы алынады. 1мм шыны пластинкаға 1200-ге дейін сызат салынады. Егер жарық өткізбейтін бөліктің енін b, ал өткізетін бөліктің енін a десек, онда d=a+b – тор периоды деп аталады. Тор периоды мен жарықтың толқын ұзындығының арасында мынадай байланыс бар: , мұндағы к=0, ±1, ±2...- спектр реті.

Дифракциялық тор күрделі жарықты спектрлерге жіктей алады. Сондықтан дифракциялық тор жарық құрамын зерттеу үшін пайдаланылатын құралдардың негізгі бөлігі болып саналады. Ол құралдарды торлы спектрлік құралдар немесе дифракциялық спектроскоп деп атайды.

Дифракциялық тордың ажырату қабілеті деп толқын ұзындықтарының айырмасы өте аз, екі сызықты спектрді ажыратып бақылау мүмкіншілігін айтады. Тордың ажырату қабілетін сан жағынан сипаттау ретінде мынадай шама қабылданған:

Бұл шаманы басқаша дифракциялық тордың ажырату күші деп атайды. Мұндағы λ- ажыратылатын сызықтық спектрлердің толқын ұзындықтарының орташа мәні; - олардың толқын ұзындықтарының айырымы, яғни бір бірінен ажыратуға болатын толқын ұзындығының мәні.

Теория жүзінде дифракциялық тордың ажырату қабілеті тор саңылауларының жалпы санына N пропорционал болатындығын дәлелдеп көрсетуге болады. Яғни:

A=kN мұндағы: k-спектрдің реттік саны. Сонымен тордың ажырату қабілеті оның саңылауларының жалпы саны мен спектрдің қайталану қатарын көрсететін реттік санның көбейтіндісіне тең шама болады.

Егер параллель рентген сәулелерінің шоғы атомдық жазықтыққа бұрышпен кристаллға түссе, және сәулелер кристалдың атомдық жазықтықтарының бір қатарынан шағылса, онда кристалдың көршілес атомдарының (немесе иондарының) қабаттарынан шағылған сәулелер арасында жүріс жол айырымы пайда болады. Мұндағы d – кристалдағы атомдар (немесе иондар) қабаттарының арасындағы ара қашықтық.

Дифракцияланатын сәулелер интенсивтігінің максимумы жүріс жол айырымы толқын ұзындығының бүтін санына тең болатын бұрышқа сәйкес келеді:

(к=0,1,2,3,) Бұл формула Вульф-Брэгг формуласыдеп аталады.

Дәріс №7.Тақырып: ЖАРЫҚТЫҢ ПОЛЯРИЗАЦИЯСЫ

Денеден шығатын жарық толқындары сол денені құрайтын жекелеген атомдардың шығарып жатқан электромагниттік толқындарының қосындысынан тұрады. Осы электромагниттік толқындардың ішінен біреуін таңдап алып, оны екі перпендикуляр вектордың тербелісі деп қарастыруға болады. Оның біреуі электр өрісі кернеулігінің векторы Е, екіншісі магнит өрісі кернеулігінің векторы Н. Бұл екі вектордың тербеліс жазықтықтары сәуленің таралу бағытына перпендикуляр орналасады. Ал атомдар электромагниттік толқындарды біріне-бірі байланыссыз шығара береді. Сондықтан олардың тербеліс жазықтықтары әр түрлі бағытта болады, басқаша айтқанда жарық векторының тербеліс жазықтығы өз бағытын үнемі өзгертіп отырады. Осы электромагниттік тербелістер жарық көзінен шығып бізге қарай бағытталсын. Сонда әрбір атомнан шыққан электромагниттік толқындар а-суреттегідей бейнеленеді. Жарық векторы кеңістікте осылайша түрлі бағытта орналасса, ондай жарықты табиғи немесе поляризацияланбаған жарық деп атайды.

Белгілі бір жағдайда, мысалы, жарық кристалл арқылы өткенде табиғи жарық шоғының ішінен Е векторы тек бір ғана жазықтықта тербелетін сәулені бөліп алуға болады. Оны толықполяризацияланған жарық деп атайды. Бұл б – суретте көрсетілген. Е векторы тербелетін жазықтыққа параллель жазықтықты поляризация жазықтығы деп атайды. Егер табиғи жарықтың жолына кристалл қойсақ, онда бұл кристалдан тек поляризация жазықтығында жататын жарық векторлары ғана өтеді. Бұл кристалды поляризатор деп атайды. в – суретте көрсетілген. Оны в – суреттегідей штрихталған пластинка түрінде бейнелейік. Поляризатордан өткен жарықтың поляризацияланғанын тексеру үшін оның жолына тағы да кристалл қоямыз. Ол анализатор деп аталады. Егер анализатор мен поляризатордың өткізу жазықтықтары (оптикалық осі) біріне – бірі параллель болса, онда поляризацияланған жарық анализатордан өз интенсивтігін кемітпей өтеді. Ол г – суретте көрсетілген. Ал анализатор мен поляризатордың өткізу жазықтықтары біріне-бірі перпендикуляр болса, онда поляризацияланған жарық анализатордан өтпейді. Бұл д-суретте көрсетілген. Егер анализатор мен поляризатордың оптикалық осьтері (өткізу жазықтықтары) біріне – бірі бұрыш жасап орналасқан болса, онда анализатордан өткен поляризацияланған жарықтың интенсивтігі Малюс заңымен анықталады.

мұндағы I₀ – анализаторға түскен поляризацияланған жарықтың интенсивтігі, I – анализатордан өткен жарықтың интенсивтігі.

Денеден шығатын жарық толқындары сол денені құрайтын жекелеген атомдардың шығарып жатқан электромагниттік толқындарының қосындысынан тұрады. Осы электромагниттік толқындардың ішінен біреуін таңдап алып, оны екі перпендикуляр вектордың тербелісі деп қарастыруға болады. Оның біреуі электр өрісі кернеулігінің векторы Е, екіншісі магнит өрісі кернеулігінің векторы Н. Бұл екі вектордың тербеліс жазықтықтары сәуленің таралу бағытына перпендикуляр орналасады. Ал атомдар электромагниттік толқындарды біріне-бірі байланыссыз шығара береді. Сондықтан олардың тербеліс жазықтықтары әр түрлі бағытта болады, басқаша айтқанда жарық векторының тербеліс жазықтығы өз бағытын үнемі өзгертіп отырады. Осы электромагниттік тербелістер жарық көзінен шығып бізге қарай бағытталсын. Сонда әрбір атомнан шыққан электромагниттік толқындар а-суреттегідей бейнеленеді.

Жарық векторы кеңістікте осылайша түрлі бағытта орналасса, ондай жарықты табиғи немесе поляризацияланбаған жарық деп атайды (5.1а-сурет).

Белгілі бір жағдайда, мысалы, жарық кристалл арқылы өткенде табиғи жарық шоғының ішінен Е векторы тек бір ғана жазықтықта тербелетін сәулені бөліп алуға болады. Оны толықполяризацияланған жарық деп атайды. Бұл (5.1 б– суретте көрсетілген. Е векторы тербелетін жазықтыққа параллель жазықтықты поляризация жазықтығы деп атайды. Егер табиғи жарықтың жолына кристалл қойсақ, онда бұл кристалдан тек поляризация жазықтығында жататын жарық векторлары ғана өтеді. Бұл кристалды поляризатор деп атайды. Поляризатордан өткен жарықтың поляризацияланғанын тексеру үшін оның жолына тағы да кристалл қоямыз. Ол анализатор деп аталады. Егер анализатор мен поляризатордың өткізу жазықтықтары (оптикалық осі) біріне – бірі параллель болса, онда поляризацияланған жарық

анализатордан өз интенсивтігін кемітпей өтеді. Ал анализатор мен поляризатордың

5.1-сурет. өткізу жазықтықтары біріне-бірі перпендикуляр болса, онда поляризацияланған жарық анализатордан өтпейді. Бұл д-суретте көрсетілген. Егер анализатор мен поляризатордың оптикалық осьтері (өткізу жазықтықтары) біріне – бірі бұрыш жасап орналасқан болса, онда анализатордан өткен поляризацияланған жарықтың интенсивтігі Малюс заңымен анықталады.

tg i = n₂₁мұндағы i – Брюстербұрышы деп аталады.

5.2-сурет.

Жарық Брюстер бұрышымен түскенде шағылған және сынған сәулелер тік бұрыш түзеді.

Табиғи жарық сәулесі исландия шпатына түскенде сәуле қосарлана сынады. Сәуле екіге бөлінеді. Олардың бірі үйреншікті сәуле, екіншісі үйреншікті емес сәуле деп аталады. Үйреншікті сәуле кристалға енгенде және одан шыққанда сыну заңына бағынады. Ол үшін исландия шпатындағы сыну көрсеткіші n₄=1,659

Үйреншікті емес сәуле үшін сыну көрсеткіші тұрақты емес, ол сәуленің бағытына байланысты.

Үйреншікті және үйреншікті емес сәулелерді бірөбірінен бөлу үшін Пиколь призмасы немесе жай ғана «николь» пайдаланылады.

Николь призмасы әуелі кесілген, сосын «канадтық бальзаммен» желімденген исландия шпаты кристалының екі бөлігінен тұрады.

Табиғи жарық Николь призмасына енгенде үйреншікті және үйреншікті емес екі сәулеге бөлінеді. Біріншісі канадтық бальзам қабатында толық іштей шағылады. Өйткені оның сыну көрсеткіші (1,659) канадтық бальзамның сыну көрсеткішінен үлкен (1,549), ал сәуленің шекараға түсу бұрышы кесу арқылы шекті бұрыштан үлкен етіліп алынған.

Үйреншікті емес сәуле канадтық бальзам арқылы толық іштей шағылуға ұшырамай өтеді. Өйткені ол үшін таралудың берілген бағытында сыну көрсеткіші (1,515) канадтық бальзамның сыну көрсеткішінен аз болады.

Қосарлана сыну турмалин кристалдарында да байқалады. Бірақ үйреншікті сәуле үшін жұтылу көп болғандықтан қалыңдығы 1мм турмалин пластинкаларынан (поляроидтарынан) іс жүзінде тек жазық поляризацияланған үйреншікті емес сәуле ғана шығады. Поляроид герапатиттің дихроидтық затының (иод ө ханин күкірт қышқылының) қабыршығы болып табылады. Қалыңдығы шамамен 0,1мм герапатит кристалигі іс жүзінде табиғи жарықты толық поляризациялайды. Поляроидтың целлулоидтың табанына герапатиттің бағдарланған ұсақ кристалдарының жиынтығы енгізіледі.

1875ж. И.Керр электр өрісінің әсерінен сұйық диэлектриктерде анизотропияның пайда болатындығын байқаған.

Сұйығы бар конденсатор айқасқан екі никольдың арасына орналастырылады. Николдардың бас жазықтықтары Е кернеулігінің бағытымен 45-қа тең бұрыш жасайды. Өріс жоқ та жүйе жарық өткізбейді. Өріс болған жағдайда Керр конденсаторынан шыққан жарық эллипстік поляризацияланады.

Толқын ұзындығы монхромат жарық үшін үйреншікті және үйреншікті емес сәулелердің сыну көрсеткіштерінің айырымы (n_ү-n_e) E²-қа пропорционалболады. ( Керр эффектсі): (n_ү-n_e)=кЕ²

Сондықтан сәулелердің жолда алған жүрістерінің толқын ұзындықта өрнектелген айырымы мынадай болады: мұндағы В=к/- Керр тұрақтысы.

.