大学物理光学2节.pptVIP

X射线 准直缝 晶体 · · · · 劳厄斑 衍射图样证实了X 射线的波动性。 劳厄（Laue）实验（1912）： 晶体相当 于三维光栅 X射线 ? : 10 -2 ? 101nm （10 -1 ? 10 2 ?） d d? d?? ? ? dsin? 1 2 晶面 A C B 二、X 射线在晶体上的衍射 1、衍射中心： : 掠射角 d ： 晶面间距 2、同一层晶面上点间散射光的干涉： 每个原子都是散射子波的波源 ? ? ? ? ? ? ? ? 3 、面间散射光的干涉： NaCl d =0. 28nm 符合反射定律的散射光加强 （晶格常数） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 散射光干涉加强条件： ——布拉格公式 三、应用 已知?、? 可测d 已知?、d可测? — X 射线晶体结构分析。 — X 射线光谱分析。 共同获得了1915年的诺贝尔物理学奖。 布拉格父子（W.H.Bragg， W.L.Bragg ） 由于利用X射线分析晶体结构的杰出工作， 威廉 .亨利 . 布拉格（父） 威廉 . 劳伦斯 . 布拉格（子） 1862 — 1942 1890 — 1971 四、实际观察X 射线衍射的作法 1、劳厄法： 使用? 连续的X射线照射晶体， 此法可定晶轴方向。 得到所有晶 面族反射的主极大。 每个主极大对应一个亮斑 （劳厄斑）。 X射线 准直缝 晶体 · · · · 劳厄斑 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? d ? ? 这样得到的衍射图叫劳厄 (Laue)相。 SiO2 的劳厄相 2、粉末法： 用确定? 的X射线入射到多晶粉末。大量无规晶面取向，总可使布拉格条件满足。这样得到的衍射图叫德拜 (Dedye)相。此法可定晶格常数。 粉末铝 的德拜相 五、X 射线衍射与普通光栅衍射的区别 ▲ X 射线衍射有一系列的布喇格条件。 晶体内有许多晶面族， ? 一维光栅只有一个干涉加强条件： —光栅方程。 ▲ 晶体在 都确定时， 的关系。 布喇格公式 一维光栅在? 和入射方向角 i 确定后， 衍射角? 满足光栅方程。 对第i个晶面族有： 入射方向和?一定时， 不一定能满足 总能有 1、一个原理 惠更斯——菲涅耳原理 2、两种方法 半波带法 振幅矢量法 3、三类问题 单缝、圆孔衍射——单纯衍射 光栅 —— 衍射和干涉的综合 X光衍射 —— 空间光栅， 总体是衍射， 具体处理是多光束干涉 衍 射 小 结 （2）任何光学仪器都存在分辨率的问题 （1）无论孔、缝，衍射都出现光的扩展 ， ? 几何光学 透镜： 光栅： （角） （色） 4、四点结论 （3）光栅方程 （4）乌利夫 — 布喇格公式 k = 0，1，2， · · · i ： 入射角 ? ：衍射角 ? ：掠射角 p点为干涉主极大时： ? 0 p 焦距 f 缝平面 G 观察屏 透镜 L ? dsin? d ? 设有4个缝， 缝发的光在对应衍 射角? 方向的 p点的 光振动的振幅为Ep， 相邻缝发的光在 p点的相位差为?? 。 每个 NEp Ep k = 0,1,2,… 0 级亮纹中心： 1 级亮纹中心： 0 级亮纹和1级亮纹之间有暗纹吗？ 条纹变窄、变亮。 暗纹条件：各振幅矢量构成闭合多边形 0 ?/d -(?/d) -2(?/d) 2?/d I sin? N = 4 0级 1级 相邻主极大间有3个 暗纹和2个次极大 主极大位置不变 N个缝的暗纹，要求： Ep 相邻主极大间距： 相邻暗纹间距： 相邻主极大间有N－1个暗纹和N－2个次极大 闭合 而： sin? 0 4 -8 -4 8 (?/d) N = 4 N2 I0单 多缝干涉 N2I0单 sin? 0 4 8 -4 -8 (? /d ) 光栅衍射 光强曲线 3、光栅衍射（grating diffraction） （1）多缝干涉主极大受单缝衍射的调制 sin? 0 I0单 -2 -1 1 2 (? /a) 单缝衍射 衍射暗纹位置： 从而出现缺级。 干涉明纹缺级级次： 干涉明纹位置： 时， 此时在应该干涉加强 的位置上没有衍射光到达， （2）缺级现象 总能化成整数比，出现明纹缺级。 sin? I单 sin? 0 I0单 -2 -1 1 2 (? /a) I N2I0单 0 4 8 -4 -8 (? /d ) 干涉明纹（主极大）缺级的级次