10) Дифракция на пространственных структурах. Дифракция рентгеновских лучей. Условие Вульфа-Брегга. Голография.

Типичным примером пространственной дифракционной решетки является кристаллическая решетка твердого тела.

Периоды кристаллических решеток значительно меньше длин волн видимого света, а потому для видимого света кристаллические вещества являются оптически однородной средой. Дифракция на кристаллических решетках наблюдается только при падении на них рентгеновского излучения, длина волны которого сравнима с периодами кристаллических решеток.

Для изучения условий дифракции пространственно периодическое расположение атомов в кристаллической решетке заменяют периодическим расположением параллельных атомных плоскостей. Расстояние между соседними плоскостями d называется межплоскостным расстоянием.

Дифракция на кристаллической решетке возникает в результате интерференции излучения, зеркально отражающегося от атомных плоскостей. Условием возникновения дифракционных максимумов является формула Вульфа Брэгга

где θ называют углом отражения или брэгговским углом.

Дифракция рентгеновского излучения на кристаллической решетке является основой рентгеноструктурного анализа – одного из самых мощных методов исследования атомно-кристаллического строения вещества.

Голография— набор технологий для точной записи, воспроизведения и переформирования волновых полей, основанный на регистрации интерференционной картины.

Когда в некоторой области пространства складываются несколько электромагнитных волн, частоты которых с очень высокой степенью точности совпадают, возникает стоячая электромагнитная волна. Когда записывают голограмму, в определённой области пространства складывают две волны: одна из них идёт непосредственно от источника (опорная волна), а другая отражается от объекта записи (объектная волна). В области стоячей электромагнитной волны размещают фотопластинку (или иной регистрирующий материал), в результате на этой пластинке возникает сложная картина полос потемнения, которые соответствуют распределению электромагнитной энергии (картине интерференции) в этой области пространства. Если теперь эту пластинку осветить волной, близкой к опорной, то она преобразует эту волну в волну, близкую к объектной. Таким образом, мы будем видеть (с той или иной степенью точности) такой же свет, какой отражался бы от объекта записи.

11) Взаимодействие электромагнитных волн с веществом. Дисперсия света, поглощение света, закон Бугера. Рассеяние света, закон Рэлея. Эффект Вавилова – Черенкова. Эффект Доплера.

Величина , называемая дисперсией вещества, показывает как быстро изменяется показатель преломления с длиной волны. Зависимость

С уменьшением длины волны показатель преломления увеличивается, так что дисперсия вещества отрицательна и растет по модулю с уменьшением .

Если вещество поглощает часть лучей, то в области поглощения и вблизи нее ход дисперсии обнаруживает аномалию. На этом участке дисперсия вещества оказывается положительной. Такой ход зависимости называется аномальной дисперсией.

При прохождении световой волны через вещество часть энергии волны затрачивается на возбуждение и поддержание колебаний электронов. Частично эта энергия возвращается излучению в виде вторичных волн, порождаемых электронами; частично же она переходит в энергию движения атомов, т.е. во внутреннюю энергию вещества. Поэтому интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается – свет поглощается в веществе. Это явление называется поглощением или абсорбцией света.

Поглощение света в веществе описывается законом Бугера

, где I0 и I – интенсивности плоской монохроматической волны на входе и выходе слоя поглощающего вещества толщиной l,  – коэффициент поглощения.

Коэффициент поглощения зависит от длины волны  и индивидуален для каждого вещества.

Рассеяние света. Свет, проходя вещество, вызывает колебания электронов в атомах. Процесс рассеяние света сводится к генерации вторичных волн молекулами или частицами включений под действием света. Для сплошной среды рассеяние, по сути, является дифракцией волн на неоднородностях среды.

Характер рассеяния зависит от размеров неоднородностей. Если размеры неоднородностей малы по сравнению с длиной волны (не более ~0,1), интенсивность рассеянного света I

. Эта зависимость носит название закона Рэлея. Рэлеевским рассеянием (на флуктуационных неоднородностях атмосферы) объясняется, например, голубой цвет неба и красноватый цвет Солнца на восходе и заходе. На восходе и заходе наблюдается свет, в котором в результате рассеяния коротковолновая (фиолетовая) часть спектра ослаблена значительно сильнее длинноволновой (красной) части. В результате Солнце воспринимается как красное. Когда Солнце находится в зените и рассеяние невелико (меньше толща атмосферы, проходимой лучами), оно не имеет красного цвета. Однако в рассеянном атмосферой свете преобладает фиолетовая часть спектра, и небо воспринимается голубым.

Эффект Вавилова — Черенко́ва (излучение Вавилова — Черенкова) — свечение, вызываемое в прозрачной среде заряженной частицей, которая движется со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения света в этой среде. Электрон, движущийся в прозрачной среде со скоростью, превышающий фазовую скорость света(v>с/n) в данной среде излучает свет. Особенность излучения – то, что оно идет не по всем направлениям, а лишь, составляющим острый угол θ с траекторией частицы.

cos θ = c/(nv)

Эффе́кт До́плера — изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника.