Файл: Суворов, Э. В. Экспериментальное обнаружение явления дифракционной фокусировки рентгеновских лучей (препринт).pdf

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Э. В. Суворов, В. И. Половинкина

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБНАРУЖЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИОННОЙ ФОКУСИРОВКИ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ

(Препринт)

ЧЕРНОГОЛОВКА 1974

Послана в «Журнал экспериментальной и теоретической физики» (Письма) 8 июля 1974 г.

Экспериментально обнаружена дифракционная фокусировка волнового поля в дважды дифрагированном узкоколлимированном рентгеновском пучке. Ис­ следована тонкая структура дифракционных пучков в П-образном интерферо­

метре.

Показатель преломления любого вещества для рентгеновско­ го диапазона длин волн практически не отличается от единицы.

Поэтому в рентгенооптических системах применяются лишь от­ ражательные линзы. В последние годы, однако, начали вырисо­ вываться [1] реальные перспективы построения рентгеновских дифракционных линз. Так, в [2] было предсказано явление стяги­ вания рентгеновского волнового поля при двойной дифракции узкоколлимированных пучков на двухкристальных интерферомет­ рах, которое может найти применение в различных рентгено-оп­ тических системах. Процессы, протекающие при разделении вол­ новых полей на границах раздела и последующей интерферен­ ции, представляют большой интерес еще и потому, что они иг­ рают определяющую роль в формировании рентгеновского ди­ фракционного изображения дефектов кристаллической решетки

[3-7].

Падающий на совершенный кристалл в точном брэгговском положении узкий параллельный рентгеновский пучок, в отличие от светового, внутри образца приобретает угловую расходимость. Волновое поле распределяется по всей палатке Бормана с углом

1

/

кристалла распределена внутри ∆x в виде системы интерферен­

ционных полос. На рис. 1 приведена топограмма дифрагирован­

ного пучка Ei. Как показали эксперименты [8], характер распре­ деления интенсивности хорошо описывается функциями влияния типа

G(x, 2) = ±∕0^y z2-χt θ(2)[θ(x + z)-θ(x-z)]j (2)

для краевой задачи, рассмотренной в [9, 10]. Здесь ∕0(x) —функ­ ция Бесселя нулевого порядка, χyγ— поляризуемость кристалла,

пучка. Кристалл-интерферометр был вырезан из бездисло-

кационного кремния перпендикулярно оси роста (111| и

отполирован механически и химически. Размеры кристалла и геометрия показаны на рис. 2,а. Съемку проводили в камере А-3

на рентгеновском аппарате RU-3HM фирмы Rigaku Denky на из­

лучении MoK,. На рис. 2,6 показано распределение интенсивнос­ ти в пучках E∏, E0 ɪ, Ei 0. Пучок Ej 1 — дифрагированный в пер­ вом кристалле и прошедший во втором, Eioнаоборот, отражен­ ный в первом и прошедший во втором кристалле; и, наконец,

пучок E0 і — отраженный в обоих кристаллах. Интенсивность в пучке Ei і, осциллируя, возрастает в направлении вектора ди­ фракции К„, а в Eio — соответственно убывает. В середине па­ латки Бормана оба пучка имеют максимум интенсивности шири­

ной около 20 мкм.

Дважды дифрагированный пучок имеет яркий максимум в середине (сфокусированный в плоскости отражения) и слабые (на несколько порядков меньше центрального пика) осцилляции по всему пучку. Центральный максимум .шириной около 20 мкм

2

сопровождают два более слабых пика (на рис. 2,6 они сливаются с основным).

Общий характер распределений

интенсивности в Et і, Ey о, E0 ɪ сов­ падает с предсказанным в [2], одна­ ко экспериментально наблюдаемая картина сложнее. Центральный пик

Рис. 2. а — геометрия интерферометра; б —

на всех топограм.мах сопровождают сателлиты, что приводит к заметному уширению пиков на снимках рис. 2,6, так как для выявления тонкой структуры изображения топограммы сильно переэкспонированы. Появление дополнительных пиков, по-види­ мому, может быть обусловлено неоднородностью пластин по тол­

щине (точность изготовления интерферометра ограничена), не­ однородностью распределения примесей по объему кристалла.

На топограммах и, особенно, на микрофотометрических запи­ сях наряду с экстинкционными осцилляциями хорошо заметны биения с большим периодом. Этот эффект может быть связан C биениями интенсивности в пучках E0, Ei (см. рис. 1), которые обусловлены отсутствием преимущественной поляризации в пер­ вичном пучке £° [8, 11].

Приведенный эксперимент подтверждает основные результа­ ты, предсказанные в работе [2], и в частности появление дифрак­ ционной фокусировки в дважды дифрагированном пучке. Однако для понимания ряда деталей тонкой структуры изображений не­ обходимы дальнейшие исследования.

3