чения, то две указанные отраженные волны будут различаться по фазе на 180°, так как излучение, отраженное от задней по верхности пленки, проходит через пленку дважды.
Таким образом, кольца Ньютона позволяют обнаружить изменения толщины пленки, которые выявляются в виде свет лых и темных полос при наблюдении картины отражения. Если толщина пленки изменяется под действием магнитного поля в результате упорядочения ориентаций магнетонов, то такие изме нения могут быть также определены на основании анализа изменений-конфигурации колец Ньютона.
9.15. ДИФРАКЦИЯ
Дифракция — это явление огибания препятствий излучением вследствие его взаимодействия с краями этих препятствий.
Когда часть фронта распространяющейся волны задержива ется некоторым препятствием, волна продолжает распростра няться, однако отклоняется в направлении препятствия, т. е. она как бы огибает это препятствие. Изменение непрерывной природы волны при встрече с препятствием подтверждается тем фактом, что энергия может быть перенесена в области, которых она не достигла бы при отсутствии дифракции.
Согласно принципу Гюйгенса каждая точка фронта распро страняющейся волны может рассматриваться как центр неко торой новой «элементарной волны». Общая непрерывная волна может быть построена как суммарная интерференционная картина из многочисленных предшествующих элементарных волн. В результате получается непрерывная волна, которая распространяется в направлениях, совпадающих с нормалью к поверхности фронта волны. Если некоторые элементарные волны устранить из фронта волны, то исключится также их интерферен ция с соседними элементарными волнами. Вследствие этого энергия будет распространяться по всем направлениям от центра элементарной волны, находящейся на краю фронта. Поскольку излучение, распространяющееся в направлении дифрагирующего препятствия, не погашается в результате интерференции с со седними элементарными волнами, оно оказывается за препят ствием.
Если препятствием на пути коллимированной волны служит объект сферической или какой-либо иной округлой формы, то дифракция, вызванная краями объекта, образует светлое пятно в центре тени, отбрасываемой объектом. Это пятно называется белым пятном Араго.
Излучение, проходящее через узкую щель, испытывает ди фракцию, отклоняясь в двух направлениях, так как два края щели прерывают луч с двух сторон. Другими словами, при про хождении через такую щель луч расщепляется на два луча,
каждый из которых направлен по прямой, отклоненной от на правления исходного луча. Угол дифракции, т. е. угол между направлением исходного луча и направлением дифрагированного луча, зависит от ширины щели и длины волны излучения. На пример, рассмотрим прямую линию, проходящую от одного края щели до точки, расположенной на расстоянии одной длины волны от обратной стороны другого края щели. Дифрагирован ный луч будет направлен вдоль прямой, перпендикулярной этой линии. Рассуждая аналогичным образом, увидим, что малое круглое отверстие порождает конический дифракционный пучок, так как все края кругового пучка' испытывают разрыв.
Дифракция возможна как при пропускании излучения (этот случай описан выше), так и при его отражении; в последнем случае лучи, отраженные от поверхности, которая имеет форму узкой полоски (аналогичной узкой щели), дифрагируют в соот ветствии с точно таким же механизмом, как и при пропускании лучей через щель.
Вследствие того что угол дифракции определяется длиной волны излучения, разные «цвета» (т. е. энергии разной частоты) испытывают различные степени дифракции. Лучи с большей дли ной волны отклоняются сильнее, чем лучи с меньшей длиной волны. Интересно отметить, что при преломлении отклонение лучей с более короткой волной оказывается больше, чем лучей с более длинной волной.
На рис. 9.4 иллюстрируется дифракционная решетка, обра зованная периодической молекулярной структурой кристал лической пленки. Поскольку эта периодическая структура по своему действию аналогична совокупности нескольких щелей,
Рис. 9.4. Магнитодифракция. Если межмолекулярные промежутки вещества дей ствуют как дифракционная решетка, то угол дифракции зависит от намагничен ности вещества
результирующий дифрагированный пучок образуется как соче тание каждого отдельного луча с множеством других дифраги рованных лучей, составляющих исходный падающий пучок.
Для получения дифракции при соответствующих условиях можно использовать любую периодическую структуру градиентов плотности. Например, в жидкости можно возбудить звуковые колебания в форме стоячей волны. Тогда плотность жидкости будет функцией положения точки в пределах этой стоячей волны. В основе эффекта Дебби — Сирса лежит аномальная периодич ность структуры стоячих волн, образующих дифракционную ре шетку. В данном случае изменение частоты стоячей волны при водит к изменениям угла дифракции для каждой конкретной частоты энергии излучения.
Известно два общих класса дифракции. При дифракции Френеля как источник света, так и получаемая дифракционная картина наблюдаются в непосредственной близости от препят ствия, обусловливающего явление дифракции. В отличие от это го при дифракции Фраунгофера, имеющей место для коллими рованных лучей, дифракционная картина наблюдается в фокаль ной плоскости линзы.
Венцом называют явление испускания света растениями. Оно объясняется преломлением и дифракцией световых лучей, которые отражаются от капель росы, собирающихся на листьях растений.
9.16, МАГНИЮДИФРАКЦИЯ
Благодаря регулярности межмолекулярных расстояний в кристаллической решетке ее широко используют в качестве ди фракционной решетки для рентгеновского излучения. Точно так же, как магнитные поля могут изменить периодичность кристаллической структуры, они могут оказать влияние на углы дифракции из-за изменения расстояний между молекулами (см. рис. 9.4). Эти изменения происходят под действием маг нитного поля при условии, что молекулы обладают магнитной поляризацией. Эффект магнитодифракции состоит в том, что приложенное извне магнитное поле изменяет параметры диф ракционной решетки.
9.17. РАССЕЯНИЕ
Рассеяние в общем случае определяется как процесс, кото рый порождает меньшую упорядоченность из существовавшей раньше большей упорядоченности. Здесь имеется в виду упоря доченность по расположениям или по ориентациям некоторых объектов.
В частности, рассеяние фотонов определяется как изменение направлений коллимированных частей пучков относительно боль
шого диаметра и их расщепление на многочисленные пучки, или лучи меньшего диаметра, имеющие различные направления в пространстве. Такое рассеяние происходит при взаимодейст вии электромагнитного излучения с центрами рассеяния, под которыми подразумеваются частицы, линии или поверхности с малыми размерами и объемами, плотность которых отличается от плотности окружающей однородной среды.
Количество рассеиваемой энергии определяется размерами центров рассеяния по отношению к длине волны. Если длина волны меньше, чем радиус центров рассеяния, то рассеиваемая энергия почти не зависит от длины волны. Если же длина волны намного больше, чем радиус центров рассеяния, то рассеиваемая энергия изменяется обратно пропорционально четвертой сте пени длины волны. В случае, когда радиус частиц — центров рассеяния и длина волны равны между собой, значение рассеи ваемой энергии достигает максимума.
Синий свет, имеющий относительно более короткую волну, рассеивается атмосферными частицами в большей степени, чем красный свет, имеющий более длинную волну. Вследствие этого небо выглядит голубым, когда его наблюдают в рассеянном све те, и красным, когда его наблюдают в прямо пропущенном свете. Условия наблюдения последнего типа характерны для за ката и восхода солнца, которые обычно имеют красный цвет. Небо непосредственно над головой всегда воспринимается как голубое, если только солнце не находится тоже над головой или же небо закрыто облаками. При некоторых особых атмосфер ных условиях во время восхода или заката может возникнуть так называемое зеленое мерцание, в основе которого лежит явление лучепреломления.
Описанным принципом можно воспользоваться для контроля некоторых процессов. Например, осаждающиеся частицы в раст воре постепенно увеличиваются в диаметре, и об их размерах в каждый момент времени можно судить по цвету рассеиваемого раствором света. Другой пример — контроль за плотностью рас пределения центров рассеяния в прозрачной среде путем оценки интенсивности света, рассеянного в направлениях, перпендику лярных исходному энергетическому пучку. На этом принципе основан прибор, называемый нефелометром.
Процесс рассеяния имеет разные характеристики в зави симости от того, в каком направлении осуществляется наблю дение по отношению к возбуждающему пучку энергии — про дольном или поперечном. На этом основан эффект Плотни
кова.
Рассеяние обычно подразделяют в соответствии с типами центров рассеяния. При рассеянии Томсона электромагнитное излучение рассеивается под влиянием электронного облака, а при рассеянии Дельбрука световые пучки рассеиваются под
влиянием электростатических деформаций, возникающих в ди электрических материалах.
В некоторых случаях рассеянная энергия имеет иную часто ту, чем падающая. При рассеянии Комптона упругие соударения фотонов с электронами изменяют частоту фотонов. Это изме нение частоты зависит от угла рассеяния. Фактически возможно и двойное рассеяние Комптона, когда последствия каждого отдель ного столкновения настолько существенны, что оно порождает две новые частицы.
Эффект Рамана заключается в том, что рассеянное излу чение добавляет новые частотные составляющие к падающим световым лучам, проходящим через прозрачные газы, жидкости или твердые вещества. Спектры этих дополнительных составляю щих можно использовать для оценки молекулярного состава среды.
Явления рассеяния и преломления могут взаимодействовать между собой. В соответствии с эффектом Христиансена смесь тонко растертого порошка из прозрачного вещества с прозрач ной жидкостью приобретает прозрачность только для той часто ты, при которой показатели преломления для порошка и жид- ( кости имеют одинаковые значения. Для всех других частот гра нулы порошка играют роль центров рассеяния. На основе этого эффекта получают полосовой фильтр с сильно заострен ной характеристикой.
Рассеяние может быть когерентным или некогерентным. При рассеянии последнего типа отсутствует взаимосвязь между фазами разных частей рассеянного пучка. В отличие от этого при рассеянии Рэлея имеются определенные фазовые соотноше ния между приходящей и рассеянной волнами. В результате
/можно определять конкретные углы, характеризующие интерфе ренцию между рассеянными волнами от двух центров рассеяния. Если центры рассеяния организованы в виде некоторой регуляр ной структуры, то рассеянная энергия в процессе рассеяния становится поляризованной.
Эффект Тиндаля состоит в том, что часть мощного пучка света, пропущенного через коллоидный раствор, приобретает по ляризацию, степень которой зависит от размеров коллоидных, частиц. Полная поляризация происходит в случае, когда раз меры частиц намного меньше, чем длина волны рассеянного из лучения.
Эффект Бриллюэна заключается в том, что в спектре мо нохроматического пучка, проходящего через некоторые жид кости, появляется дублет линий рассеяния по обе стороны от исходной линии. Соответствующие этим линиям составляющие излучения поляризованы во взаимно перпендикулярных пло скостях.
Вобоих вышеописанных эффектах интенсивность рассеяния