光柵衍射 X射線

1、關于光柵衍射 X射線1第一張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 大量平行等寬等間距的狹縫(或反射面)構成的光學元件。一、光柵衍射光柵 (透射光柵)反射光柵從工作原理分(閃耀光柵)2第二張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二、衍射光柵機制光柵全息光柵 在玻璃片上刻劃出一系列平行等距的劃痕，刻過的地方不透光，未刻地方透光。 通過全息照相，將激光產(chǎn)生的干涉條紋在干板上曝光，經(jīng)顯影定影制成全息光柵。1.光柵制作3第三張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月通常在 1 cm 內(nèi)刻有成千上萬條透光狹縫，相當于多光束干涉，光柵形成的光譜線，尖銳、明亮。單縫衍射條紋光柵衍射譜線通常讓光柵工作于夫

2、瑯禾費衍射條件下。4第四張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2.光柵常數(shù)透光縫寬度 a不透光縫寬度 b光柵常數(shù)三、光柵方程 與光軸成角的兩兩相鄰光線的光程差都相同。如果在某個方向上，相鄰兩光線光程差為 k，則所有光線在該方向上都滿足加強條件。平行于光軸的光線將在焦點的位置產(chǎn)生0級極大。5第五張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月用平行光垂直照射在光柵上，相鄰兩條光線的光程差加強光柵方程把滿足上式的極大稱為主極大。6第六張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月四、譜線位置加強當 角很小時由光柵方程明紋7第七張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月例1：分光計作光柵實驗，用波長 =

3、632.8 nm的激光照射光柵常數(shù) d = 1/300 mm的光柵上，問最多能看到幾條譜線。解：在分光計上觀察譜線，最大衍射角為 90,取能觀察到的譜線有5級共11條為：8第八張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月光柵衍射在相鄰的主極大之間有一個很寬的暗區(qū)，是多光束疊加的結果。對于某一衍射角，相鄰狹縫的位相差相同。合振動的幅度為合成的光振動是一個同振幅、同頻率、有恒定位相差的振動合成。設光柵共有N條狹縫：則對于光來說合成的振幅：9第九張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月對于光來說合成的振幅：當 sin(N/2)=0時，屏上出現(xiàn)暗紋。mN(m=N時 =2是極大），即m不能為N的倍數(shù)。由

4、上面的計算知：在主極大之間，有N-1個極小。因光柵條數(shù)很大，（在100/cm10000/cm）故極小連成一片暗區(qū)。在極小之間，還有一些次極大，亮度很小。注意：這里的N是指總條數(shù)10第十張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月播放動畫11第十一張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月播放動畫圖中的N表示光柵的總條數(shù)。與單位長度的條數(shù)n=1/(a+b)不同。12第十二張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月例2：用波長632.8nm的平行光垂直入射于（1）每厘米有500條刻線（2）每厘米有8000條刻線的光柵，分別計算兩種光柵的第一級，第二級明條紋的衍射角。解：對500條刻線的光柵 (a+b

5、)=0.01/n第一級：(a+b)sin=1.80第二級：=3.60對8000條刻線的光柵第一級=30.80第二級13第十三張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月這樣，斜入射光柵的光柵方程為：5.光柵斜入射情況兩兩相鄰光線的光程差仍都相同。式中角的正負規(guī)定：衍射光線和入射光線在光柵平面法線同側時 0，反之0。明紋14第十四張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月例3.波長為 500nm 的單色光，以 30入射角照射在光柵上，發(fā)現(xiàn)原在垂直入射時的中央明條紋的位置現(xiàn)在改變?yōu)榈诙壒庾V的位置，求此光柵每 1cm 上共有多少條縫？最多能看到幾級光譜？共可看到幾條譜線？原中央明紋處=0，=300，

6、k=2令 =p /2，得 可以看到5級光譜，7條譜線為：k=0,1,2,3,4,5解：光線斜入射時15第十五張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月五、缺級現(xiàn)象1. 光柵衍射是單縫衍射與多光束干涉合成的結果，光柵中各主極大受到單縫衍射光強的調(diào)制。2.當光柵明紋處恰滿足單縫衍射暗紋條件，該處光強為 0 ，出現(xiàn)缺級。0I單-2-112I048-4-8單縫衍射 輪廓線光柵衍射光強曲線16第十六張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月播放動畫17第十七張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月單縫衍射減弱條件:光柵衍射加強條件：兩式相比3.缺級條件I單0-2-112I048-4-8單縫衍射 輪廓線

7、光柵衍射光強曲線易見上式中僅當(a+b)/a是整數(shù)(分數(shù)）時才發(fā)生缺級18第十八張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月I單0-2-112I048-4-8單縫衍射 輪廓線光柵衍射光強曲線m為整數(shù)時，光柵譜線中m、2m、3m等處缺級。當 m=4 時譜線中的第 8、 4、4、8級條紋缺級。當 m=3/2 時譜線中的第 6、 3、3、6級條紋缺級。19第十九張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月X射線衍射20第二十張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月一、X射線 1895年德國物理學家倫琴用克魯斯克管的陰極射線作實驗，偶然發(fā)現(xiàn)附近桌上的熒光屏上發(fā)出了光，倫琴用一張黑紙擋住管子，熒光仍存在，

8、而用一片金屬板就擋住了，他稱這種射線為 X 射線。 歷史上第一張X射線照片，就是倫琴拍攝他夫人手的照片。由于X射線的發(fā)現(xiàn)具有重大的理論意義和實用價值，倫琴于1901年獲得首屆諾貝爾物理學獎。21第二十一張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月22第二十二張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 倫琴夫人看了照片后害怕地說：這簡直象魔鬼的手。23第二十三張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月24第二十四張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月X 射線二、X射線性質(zhì)冷卻液1.X射線波長很短，穿透力很強。2. X 射線在磁場或電場中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，是一種電磁波。衍射現(xiàn)象很小。3.X射線產(chǎn)生機制

9、金屬靶克魯斯克管25第二十五張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月X 射線有兩種產(chǎn)生機制 一種是由于高能電子打到靶上后，電子受原子核電場的作用而速度驟減，電子的動能轉(zhuǎn)換成輻射能-軔制輻射，X光譜連續(xù)。其次是高能電子將原子內(nèi)層的電子激發(fā)出來，當回到基態(tài)時，輻射出 X 射線，光譜不連續(xù)。倫琴未發(fā)現(xiàn)X射線的衍射現(xiàn)象，光柵縫寬因為26第二十六張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月三、勞厄斑 1912年德國慕尼黑大學的實驗物理學教授馮勞厄用晶體中的衍射拍攝出X射線衍射照片。由于晶體的晶格常數(shù)約10nm，與 X 射線波長接近，衍射現(xiàn)象明顯。單晶片X射線照相底片27第二十七張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作

10、于2022年6月勞厄于1914年獲諾貝爾物理學獎。四、布拉格公式 1913年英國的布拉格父子，提出了另一種精確研究 X 射線的方法，并作出了精確的定量計算。由于父子二人在X射線研究晶體結構方面作出了巨大貢獻，于1915年共獲諾貝爾物理學獎。晶體是由彼此相互平行的原子層構成。28第二十八張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月晶格常數(shù)：X射線經(jīng)兩晶面反射產(chǎn)生干涉，兩束光的光程差為：加強布拉格公式掠射角 :X 射線射到晶面時與晶面夾角。C29第二十九張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月x射線分光計:譜線連續(xù)分布的x射線照射到晶體 后，不同的頻率在不同的角度上產(chǎn)生極大。30第三十張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月例935 以波長為1.1010-10m的X-射線照射某晶面，在與晶面成11015入射時獲得第一級極大反射光，問該晶體晶面間距d為多大? 以一束待測的X-射線照射該晶面，測得第一級極