Файл: Китайгородский А.И. Введение в физику учеб. пособие для студентов высш. техн. учеб. заведений.pdf

порядков дифракции? Это зависит от значений амплитуды одного центра рассеяния для этих углов рассеяния. Может случиться так, что для угла ср2 амплитуда / будет в максимуме. Тогда второй по­ рядок дифракции будет представлен сильной линией. Если под уг­ лом ф;, амплитуда / близка к нулю, то, значит, линия третьего по­ рядка будет отсутствовать в дифракционном спектре, и т. д. Иллю­ страцией сказанному может послужить рис. 159, на котором изоб­ ражены для двух разных структур решетки дифракционные спектры и факторы рассеяния / одного центра (пунктир).

На этих принципах основывается любого рода изучение струк­ туры с помощью дифракционных спектров. Расстояние между ди­ фракционными линиями позволяет найти период решетки (если, ко­ нечно, известна длина волны), а интенсивности линий разных поряд­ ков позволяют судить о структуре рассеивающего центра.

Пример. Дана дифракционная решетка а = 3 - Ю - 3 мм, N=1000, на кото­ рую падает параллельный монохроматический пучок света Я=5000 А. Дифракци-

онные максимумы будут видны под углами sin ф„ = — = -g-, ширина дифрак-

при любом виде рассеивающего центра. Для расчета относительной интенсивности дифракционных максимумов надо обратиться к конкретному виду рассеивающих центров. Рассмотрим два случая.

1. Рассеивающими центрами являются одинарные полоски шириной Ь = =о/4 -0,75- 10- ; | мм (рис. 159, а). Формула интенсивности при дифракции на щели получена в § 137. Величина интенсивности пропорциональна квадрату амплитуды

определится из уравнения 8Іпф„=п/6. Если принять /! за 100, то для остальных

=0,75- Ю - 3 мм каждая. Период решетки а прежний (рис. 159, б). Ясно, что по­

ности дифракционных максимумов, по-прежнему полагая fl = 100:

/! = 12;/1 = 20;/1 = 7,5;/1=0, /1=2,7.

§ 142. Направленные излучатели радиоволн

Для некоторых радиотехнических целей и прежде всего для ра­ диолокации весьма существенно направить в пространство радио­ луч, сконцентрировав, таким образом, энергию генератора по воз­ можности в малом телесном угле. Один из способов решения этой

задачи состоит в использовании для этой цели правильной решетки антенн.

Мы видели (§ 141), что при упорядоченном расположении рассеи­ вающих центров излучаемая энергия сосредоточивается в отдельных направлениях. Если расположить излучатели радиоволн в один ряд (рис. 160) с расстоянием а между двумя соседними антеннами и добиться такого положения, при котором все антенны работали бы синхронно, то подобная решетка излучателей не будет ничем отличаться от рассеивающей дифракционной решетки. То обстоя­ тельство, что в случае антенны мы имеем дело с первичными волна­ ми, ни в какой степени не меняет рассуждений предыдущего

Если расположить антенны достаточно густо, так чтобы расстоя­ ние между соседними диполями было меньше длины волны, то уже первый порядок дифракции, согласно уравнению asin ф=/гЯ, становится невозможным. Остается лишь нулевой порядок. Это зна­ чит, что имеются лишь два максимума излучения, один из которых составляет угол 0°, а другой — угол 180° с направлением нормали к решетке. Сказанное в § 141 о ширине максимума остается в силе и здесь, т. е. чем больше общее число излучателей, тем уже будет те­ лесный угол, в котором интенсивность луча достигает заметного значения.

Однако практически неудобно, что одинаково сильное излучение может иметь место в двух противоположных направлениях. Чтобы выйти из этого положения, изготовляют сдвоенную решетку диполей (рис. 161). Каждую пару антенн располагают на расстоянии, равном V4 длины волны. При этом в паре диполей токи сдвинуты по фазе на 90°. При этих условиях один из двух максимумов уничтожится и вся энергия будет передаваться лишь внутри одного дифракцион­ ного максимума. Действительно, при таком устройстве каждая пара диполей будет находиться в следующих фазовых соотношениях. Для волны, идущей «вперед»: если бы волны посылались синхронно, то

между ними была бы разность хода V4 волны; однако антенны ра­ ботают не синхронно и волна, излучаемая «передним» диполем, от­ стает на 90°, чем компенсирует свое опережение по разности хода. Другое положение будет для волны, посылаемой «назад». Сдвиги по разности хода и по фазе в изменении тока антенны наложатся друг на друга; следовательно, результирующая разность фаз будет 1805 и излучение, идущее назад, пропадет.

Рис. 162.

Если антенны расположены в линейный ряд, то можно добиться хороших результатов для ширины луча в плоскости, перпендику­ лярной к антеннам. Если же мы хотим добиться узости радиосиг­ нала и в пространстве, то приходится прибегать к более сложным системам вибраторов. Этим и объясняется причудливый вид радио­ излучателя локатора (рис. 162).

§ 142а. Голография

Волна, рассеянная каким-либо объектом, несет богатую инфор­ мацию о свойствах объекта. Исходя из принципа Гюйгенса, можно строго доказать, что распределение амплитуд и фаз волны на фронте волны в любое мгновение процесса ее распространения исчерпываю­ щим образом характеризует рассеивающие свойства объекта. Когда объект фотографируется, часть информации, которую несет волна, теряется. Почернение фотопластинки пропорционально квадрату амплитуды волны (т. е. интенсивности), пришедшей в данную точку фотопластинки, и не зависит от фазы волны. Фотопластинка дает двумерное изображение трехмерной картины. Ясно, что су­ щественная часть сведений об объекте теряется при фотогра­ фировании.