Поверхностные дифракционные волны

Поверхностные дифракционные волны 425 [c.425]

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ДИФРАКЦИОННЫЕ ВОЛНЫ [c.425]

Изложенный способ решения задачи, в отличие от ранее рассмотренных, позволил получить решение, с достаточной точностью описывающее поле излучения при критических углах падения. В этом случае первый член ряда обращается в нуль и поле определяется дифракционной волной. При первом критическом угле вдоль поверхности распространяется головная волна, т. е. продольная волна, которая в каждой точке свободной поверхности порождает боковую поперечную волну, идущую под третьим критическим углом а = ar sin ( j/ j). При втором критическом угле падения вдоль поверхности распространяется поперечная поверхностная волна, которая порождает неоднородную (т. е. быстро затухающую с глубиной) продольную волну. [c.87]

Из того факта, что работа ГОЭ определяется поверхностной дифракционной решеткой, вытекают следующие четыре основных изображающих свойства. Это сильная зависимость оптической силы от длины волны, значительная дисперсия, отсутствие зависимости дифракционной эффективности от геометрии воспроизведения изображения и двойственность отражающих и пропускающих элементов. Кроме того, в некоторых случаях дифракционная эффективность сильно зависит от длины волны и угла падения света этот вопрос мы обсудим в разд. 10.8.3. [c.637]

И наконец, дуализм отражательных и пропускающих элементов можно определить следующим образом. Изображающие свойства двух элементов будут одинаковыми, если один из них записан с заданными объектной и опорной волнами, а второй, когда одна из этих волн отражается в материале подложки. Это объясняется тем, что поверхностная дифракционная решетка остается неизменной, когда нормальная составляющая вектора полос меняет знак. Один из элементов будет отражательной голограммой, а второй — пропускающей. Разумеется, амплитуды дифрагированных волн различных порядков будут сильно отличаться, поэтому практически оба элемента трудно сравнивать. Дуализм бывает полезно использовать на этапе конструирования ГОЭ. [c.639]

В одной из оптических систем ГОЭ в виде поверхностной дифракционной решетки был вытравлен на металлическом покрытии вогнутого зеркала. Дифракционная эффективность составляла < 1 % и решетка обеспечивала образование дополнительного пучка от зеркала. Этот пучок распространялся от зеркала под углом к основному отраженному пучку оптическая сила ГОЭ, добавленная к оптической силе подложки, обеспечивала фокусировку такого пучка в соответствующей точке. При коррекции аберраций, связанных с различием в длинах волн при записи и использовании решетки, а также с отклонением дифрагированного пучка, дополнительный пучок ничем не отличался от основного. Чтобы образовать такой пучок средствами обычной оптики, потребовалась бы значительно более сложная система применение же ГОЭ не потребовало никаких дополнительных приспособлений. [c.647]

Рассмотрим излучение звука дифракционной решеткой. Пусть на плоскости ху вдоль оси л со скоростью распространяется поверхностная плоская волна. Колебательная скорость в направлении оси г может быть задана уравнением [c.129]

Мы намерены показать, что скользящее отражение от закругленных краев в оптическом случае дает компонент света, рассеянного вперед, который видоизменяет обычную дифракционную волну. Это предположение было сделано еще Юнгом и Френелем, хотя практически из-за этого возникают лишь небольшие эффекты, проявляющиеся только в строгих теориях. Физически очевидно, что форма частицы вдали от края не оказывает влияния на поля вблизи края (не считая эффектов поверхностных волн). Это представление было сформулировано Фоком как принцип локального поля . [c.399]

Принцип определения поверхностных дефектов заключается в следующем. Если неровности поверхности намного меньше, чем длина волны излучения, то падающий лучистый поток отражается только в одном направлении, т. е. поверхность выступает в качестве зеркала. Если размеры неровностей того же порядка, что и длина волны излучения, то в рассеянии его главную роль играют дифракционные эффекты, если же неровности [c.89]

Если энергия первичных электронов такова, что длина их волны соизмерима с периодом поверхностной решетки , то упруго отраженные электроны дадут дифракционную картину. Следовательно, надо зарегистрировать их пространственное- распределение. Это — метод ДМЭ, поскольку речь идет о медленных электронах с энергией 20—200 эВ. Аппаратура для получения дифракционных пятен несложна, чего нельзя сказать об анализе дифракционной картины и возможностях однозначной трактовки структуры поверхности. Возможности эти значительно улучшаются, если одновременно с пространственным распределением измеряется число отраженных частиц в каждом пятне как функция энергии первичных электронов, что однако усложняет эксперимент. [c.152]

Из анализа рис. 44, в, г видно, что качественный характер основных дифракционных зависимостей, исследованных для случая узких щелей, остается неизменным в случае Я-поляризации при более широких щелях. Для любых 0 и достаточно больших h в интервале О < х < 1 функция Во Ml имеет максимумы и минимумы. Первые максимумы в области длинных волн (малых х) близки к тем значениям х, при которых длина волноводов, образованных стенками брусьев решетки 2h, кратна полуволне распространяющихся в них колебаний. Последующие максимумы по сравнению с расчетными точками начинают сильно смещаться влево. Вблизи X = 1, максимумы Вд появляются в тех точках, когда высота щелей примерно равна нечетному числу четвертей длины волны. Сдвиг влево на четверть длины волны можно объяснить влиянием поверхностного резонанса, возникающего в точке скольжения х = 1 и связанным с ним резким изменением arg Rss- [c.94]

Дифракционная эффективность голограмм с поверхностным рельефом сильно зависит от формы профиля рельефа и его глубины по сравнению с используемой длиной волны. Чтобы показать это, рассмотрим модель тонкой фазовой решетки, которая вносит в падающую волну фазовую модуляцию с амплитудой 2ф, и вычислим эффективность для некоторых частных случаев. Разложение модулированной волны в ряд Фурье дает значение эффективности для прямоугольного профиля [c.641]

Эту поверхностную волну можно рассматривать как бегущую дифракционную решетку с синусоидальными бороздками. Предположим, что звуковое поле, создаваемое этой решеткой в полупространстве г Оу имеет форму плоской волны, распро- [c.129]

Временные способы подразделяются на собственно временные, когда регистрируется временная задержка прихода посланной волны, обусловленная ее обеганием по поверхности дефекта, и дифракционно-временные, основанные на явлениях дифракции и трансформации объемных и поверхностных волн на трещинах. [c.180]

Источник света L, дающий непрерывное излучение, изображается с помощью объектива Oi на диафрагме S малого диаметра D. Отверстие D является таким образом точечным источником, от которого после объектива Оо на пластинку Р падает плоский фронт волны. В пластине Р образуются интерферирующие лучи, вследствие деления амплитуды падающей волны при отражении на поверхности пластины. Пластина может быть плоскопараллельной, клинообразной, а также иметь некоторый поверхностный рельеф. Одна из поверхностей пластины Р проектируется объективом Оз на входную щель S спектрального аппарата М. Б частном случае это может быть, например, призменный или дифракционный спектрограф. Вместо спектрографа может быть использован монохроматор, в котором выходная щель заменена окуляром О4 для визуального наблюдения картины. [c.130]

Плоскую фазовую голограмму можно получить путем изменения показателя преломления в тонком светочувствительном слое или путем образования поверхностного рельефа. Изменение фазы происходит из-за изменения показателя преломления или длины пути в соответствующих точках. Оказывается, что в этом случае амплитуда дифрагированной волны для синусоидальной фазовой решетки имеет экстремум для некоторого аргумента ijj) функции Бесселя h и достигает максимума при ф 1=0,94, что соответствует дифракционной эффективности Т1 = 34%. [c.388]

Принцип определения поверхностных дефектов заключается в следующем. Если неровности поверхности намного меньше, чем длина волны излучения, то падающий лучистый поток отражается только в одном направлении, т.е. поверхность выступает в качестве зеркала. Если размеры неровностей того же порядка, что и длина волны излучения, то в рассеянии его главную роль играют дифракционные эффекты, если же неровности поверхности намного больше, чем длина волны излучения, то оно зеркально рассеивается на неровностях. [c.506]

Для доказательства того, что волна на цилиндре является поверхностной, с помош ью дифракции света снималось распределение амплитуды радиального смещ,ения в волне от относительного расстояния R—г)/Яд до поверхности. На рис. 3.27 изображены указанные зависимости. Теоретическая кривая (7) рассчитывалась по формулам (1.92) для смещ,ений в рэлеевской волне в изотропном цилиндре, для экспериментальной кривой 2) нормированная амплитуда радиального смещ,ения Ur/Uy (0) (где С/г (0) — амплитуда на поверхности) вычислялась [213] как квадратный корень из отношения интенсивности света в первом дифракционном максимуме к интенсивности в нулевом, деленный на такую же величину вблизи поверхности (на глубине, равной половине ширины световой ш ели, /г/2 = 0,13 мм). Как видно из графиков, в пределах точности наших измерений —30% (это вызвано в основном небольшими размерами освеш ен-ной области в длинах Яд и ее искривленностью) ход экспериментальной и теоретической зависимостей примерно одинаков и демонстрирует поверхностную локализацию исследуемой волны. [c.263]

Определялись также фазовые и групповые скорости поверхностных волн на плоской и цилиндрической поверхностях dS, Групповые скорости измерялись импульс-ным методом, фазовая скорость на цилиндрической поверхности определялась методом дифракции света на звуке (по отклонению дифракционного луча). Для групповых и фазовых скоростей получены следуюш ие значения плоская поверхность Сд = Сф = Сгр = (1,71 + 0,07)- 10 см/с (этот результат хорошо согласуется с данными других авторов [170, 214]), цилиндрическая поверхность С й = 6,7 Яд кдК = 42) Сф = (1,8 + 0,2)-10 см/с [c.263]

Как видно из (2.8.7), при наложении падающей и дифрагировавшей на периодической поверхностной структуре световых волн на поверхности дифракционной решетки образуется интерференционная картина с периодом, равным (1 — периоду этой решетки. [c.159]

По-видимому, нет оснований сомневаться в правильности предложенной в разд. 13.31 и 17.42 теории, рассматривающей глорию как излучение тороидального волнового фронта, возникающего за счет касательно падающих лучей, испытавших одно внутреннее отражение при участии поверхностной волны. Отличия от дифракционных венцов состоят в следующем [c.496]

Для некоторых поверхностей ковалентных полупроводников необходима несколько иная идеализация. Данные по дифракции медленных электронов [49, 90] показывают, что в таких кристаллах атомы поверхностных слоев расположены иначе, чем атомы во внутренних слоях. Так расположенные атомы действуют аналогично дифракционной решетке, приводя к дополнительным отраженным волнам. Никакой адекватной теоретической трактовки этой проблемы до сих пор не появлялось. [c.131]

Особого внимания с точки зрения приложении заслуживает дифракция поверхностных световых волн (ПСВ) на пучке ПАВ I21J. Поскольку поверхностные световые волны могут существовать только в слоистых структурах, поверхность кристалла должна быть покрыта пленкой, образующей для них волновод. Одна из простейпи х конструкций, в которых возможно наблюдение дифракции поверхности световых волн на ПАВ, представлена иа рис. 13.5. Если толщина пленки много меньше длины ПАВ, то деформации в ней можно считать однородными и дифракционный процесс весьма схож с процессом дифракции света на объемных волнах, являясь его планарным аналогом. Режимы дифракции здесь такл<е можно характеризовать с помощью параметра [c.345]

Управление лазерным излучением и акустооптические процессоры. Акустическое воздействие на параметры лазерного излучения, в частности амплитудная или частотная модуляция, обычно осуществляется посредством дифракции света на звуке как в раман-натовском, так и в брэгговском режимах [5—7, 19]. ]Г[ри этом используется пространственное разделение световых лучей, соответствующих различным дифракционным порядкам. Согласно формулам (2.8) и (2.10), в обоих режимах может быть обеспечена 100%-ная амплитудная модуляция как дифрагированного, так и прошедшего света (в последнем случае требуется определенный выбор параметра и). Эффективность модуляции, характеризующая уровень управляющей акустической мощности, зависит от упругооптических коэффициентов используемых материалов. Анализ показывает, что для кристаллов с высоким акустооптическим качеством (ТеОг, АзгЗз и др. )) при прочих равных условиях требуются меньшие управляющие мощности, чем в лучших электро-оптических модуляторах [6]. Совершенно новые возможности открывает модуляция лазерного излучения поверхностными акустическими волнами 21]. Высокая концентрация энергии поверхностной волны вблизи границы делает модуляцию достаточно эффективной даже при использовании материалов с невысоким упругооптическим качеством. [c.364]

Ложные сигналы рассматриваемого типа возникают в результате отражения и дифракции от выпуклости сварного 1.шва ML (риг. 5.43, б) [58]. При углах ввода 35. .. 55° ложные сигналы обусловлены зеркальным отражением от поверхности ъ некоторой точке /- i или При больших углах ввода зеркального отражения не наблюдается, однако остаются более слабые сигналы, возникаю-HtHe в результате дифракции на ребрах М и L. Дифракция порождает также поверхностные и головные волны, распространяющиеся вдоль дуги AIL, причем при меньших углах ввода образуются поверхностные, а при больших — головные волны. Эти волны многократно проходят вдоль дуги ML, частично трансформируясь каждый раз в объемные волны. В результате после дифракционного эхо-сигнала наблюдают ряд ослабевающих импульсов 15]. [c.282]

Наиболее интересным в плане получения самых разнообразных дифракционных характеристик, но и в то же время наиболее трудным для анализа является резонансный случай, в котором длина волны возбуждения соизмерима с периодом решеток. До широкого внедрения в практику расчетов средств электронно-вычислительной техники исследования в резонансной области обычно замыкались на анализе некоторых частных или предельных ситуаций [30—41]. Вынужденные довольствоваться малым, авторы указанных и других работ заложили прочный фундамент, на котором строится современное здание теории дифракции волн на периодических решетках в резонансной области частот. Действительно, практически в каждом широко используемом сегодня методе построения математических моделей для численных экспериментов на ЭВМ явно просматривается влияние идей и результатов, полученных в 40—60-х годах. Прежде всего это касается метода частичных областей (методов переразложения, сшивания) (25, 42—46], методов теории потенциала (интегральных уравнений) 17, 47—521, модифицированного метода Винера — Хопфа — Фока [53— 56], модифицированного метода вычетов [54], метода полуобращения матричных уравнений типа свертки [25, 57, 58]. Подобная преемственность наблюдается и в желании глубже проникнуть в суть явлений и эффектов, обнаруживаемых при исследовании процессов дифракции волн на решетках различных типов и геометрий в резонансной области частот. Вслед за работами Л. Н. Дерюгина [59, 60], в которых впервые на одном частном примере теоретически проанализированы поверхностный и двойной резонансы в отражательной решетке, появились работы с результатами всестороннего аналитического и численного исследований явлений аномального рассеяния волн в области точек скольжения (на рэлеевских длинах волн) [25, 61—65], полного резонансного прохождения [25, 66, 67] и полного резонансного отражения [7, 25, 29, 53, 57, 64, 68—77] плоских волн в случае полупрозрачных решеток, полного незеркального отражения волн отражательными решетками [25, 78—88] и т. д. [c.7]

При распространении электромагнитного излучения в периодических средах возникает много интересных и потенциально полезных явлений. К ним относятся дифракция рентгеновского излучения в кристаллах, дифракция света на периодических изменениях механических напряжений, возникающих при прохождении звуковой волны, и запрещенная зона для света в слоистых периодических средах. Эти явления используются во многих оптических устройствах, таких, как дифракционные решетки, голограммы, лазеры на свободных электронах, лазеры с распределенной обратной связью, лазеры с распределенным брэгговским отражением, брэгговские отражатели с высокой отражательной способностью, акустооптические фильтры, светофильтры Шольца и т. д. В данной главе мы рассмотрим некоторые общие свойства электромагнитного излучения в периодических средах и общую теорию его распространения в слоистой периодической среде. Эта теория имеет весьма близкую формальную аналогию с квантовой теорией электронов в кристаллах и поэтому позволяет использовать понятия блоховских волн, запрещенных зон, затухающих и поверхностных волн. Наконец, мы обсудим применение этой теории для решения ряда хорошо известных задач, таких, как расчет коэффициента отражения от брэгговского зеркала, коэффициентов пропускания фильтра Шольца и оптических поверхностных волн. Кроме того, мы обсудим двойное лучепреломление за счет формы и его применение в дихроичных поляризаторах. Периодические структуры играют также важную роль в интегральной оптике, рассмотрение которой мы отложим до гл. 11. [c.169]

Цветными называют голограммы, способные воспроизводить цветные изображения. В сущности цветные голограммы — это мультиплексные голограммы, восстанавливающие перекрывающиеся изображения, каждое в своем цвете. Поэтому вопросы, рассматриваемые в настоящем параграфе, в значительной степени связаны с результатами, полученными в 5.2. Как и в случае мультиплексных голограмм, возникают различные проблемы в зависимости от того, используются ли тонкие, т. е. поверхностные, голограммы или регистрирующая среда имеет заметную толщину. Голограммы, записанные на тонком материале, восстанавливают многократно повторяющиеся изображения, которые соответствуют многим дифракционным порядкам. Имеется несколько способов устранения нежелательных порядков. Голограммы, записанные в толстой среде, из-за усадки или набухания эмульсии могут не восстанавливаться освещением с исходной длиной волны. Если, например, рассматривать красные и белые изображения, то в противоположность черным и белым необходимо учитывать эффекты дисперсии. В случае голограммы сфокусированного изображения, поскольку расстояние между голограммой и голографируемым изображением оказывается более коротким, таких проблем возникает меньше. Прекрасный обзор многих работ, проводившихся на начальном этапе развития цветной голографии, можно найти в книге Кольера и др. [2]. [c.214]

Если когерентный световой сигнал усиливать лазерным усилителем, то к нему добавляются шумы спонтанного излучения. Пользуясь описанной выше системой с дифракционным ограничением пучка, согласованием мод и пространственной фильтрацией, можно уменьшить дополнительный шум спонтанного излучения до значений, близких к теоретическому минимуму. Вопрос заключается в следующем можно ли получить выигрыш в чувствительности системы, т. е. в минимальном обнаруживаемом сигнале Как увидим ниже, ответ зависит от спектральных характеристик приемника. Если провести поверхностный анализ ОСШ для систем, основанных на использовании лазерных усилителей с небольшим усилением, работающих в видимой области спектра, для которой имеются фотоэлектронные приемники с хорошими характеристиками, то можно легко сделать вывод, что лазерный усилитель ухудшает характеристики большинства систем связи [19, 49], особенно если лазерный предусилитель сравнить с оптическими гетеродинными или гомодинными системами. Но более тщательный теоретический анализ (слишком подробный, чтобы воспроизводить его в данной книге) [50] показывает, что в зависимости от уровня инверсии лазерного усилителя и спектрального квантового выхода приемника при использовании лазерного предусилителя может снизиться минимальный обнаружимый уровень сигнала. Результаты измерений, проведенных на длине волны 3,508 мк (одно из лучших окон прозрачности атмосферы) с лазерным предусилителем на Хе, имеющем большое усиление [51, 52], показали, что вследствие сужения полосы усиления получен выигрыш в минимальном обнаружимом сигнале на 16 дб. Поскольку независимые измерения инверсии [c.482]

Первым, кто предположил, что аномалии Вуда соответствуют возбуждению поверхностных волн на решетке, был Фано. Исследователи, занимавшиеся поверхностными плазмонами (см. конец гл. 3), разработали другой подход к решению этой задачи. В качестве нулевого приближения ими рассматривались плазмоны на плоской поверхности, затем при вычислении вероятности возбуждения поверхностных плазмонов они включали возмущение, обусловленное штрихами решетки. Подробное рассмотрение различных походов можно найти в книге под редакцией Пти [18] ив статье Хесселя и Олинера [20]. В последней работе дифракционная решетка рассматривалась как плоская поверхность с периодическим поверхностным импедансом. [c.451]

Рис. 6.23. Угловое распределение интенсивности рассеянного света, вычисленное для лучей из рис. 6.22 масштабный параметр 0 = 1500. I — распределение интенсивности, полученное вычислением дифракционного интеграла для 5-образного волнового фронта 2 — распределение волн, полученное с учетом вклада поверхностных волн, возникающих в представлении Ватсона — Редже при скалярной аппроксимации рассеянного поля 3 — решение, полученное при сложении более чем 1500 членов разложения в представлении рассеянного поля в виде ряда по парциальным волнам. (Из книги Нуссенцвейга [36].)

В случае свободной границы полупространства волны 1 и 2 при V < 0,26, как уже отмечалось, являются объемными. Жидкий слой делает их поверхностными вытекающими, т. е. при слое в упругом полупространстве существует рэлеевская и две вытекающие поверхностные волны. Можно показать, что и другое изменение граничных условий для полупространства (твердый слой, импеданспые граничные условия) превращает волны 1 и 2 из объемных в поверхностные вытекающие. Интересно, что при помощи изменения толщины слоя к можно управлять глубиной локализации и затуханием вытекающих волн вдоль направления распространения (ось х). В частности, что очень важно для практики, это затухание можно сделать весьма малым (порядка дифракционных и вязких потерь). [c.93]

При анализе наблюдаемых сигналов прежде всего была сделана попытка доказать их локализацию в поверхностном слое кристалла. Для этого, во-первых, на трех частотах снималась зависимость амплитуд импульсов (сигналов) от временитих распространения (рис. 3.30). Если импульсы соответствуют поверхностным волнам, то их амплитуда из-за дифракционного расхождения пучка дол/кна спадать с расстоянием I и временем т примерно как ./ il и 1/ Лт (поглощение волн в кристалле мы не учитываем). Расчетная кривая на рис. 3.30 и представляет эту Зависимость, построенную в предположении, что средняя амплитуда первого импульса на разных частотах равна расчетному значению. Как видно из рис. 3.30, несмотря на большой разброс зкспериментальных точек, вызванный, по-видимому, интерференционными эффектами (см. ниже), закон спадания амплитуд сигналов близок к 1/ / т, а не к 1/т, как было бы при объемной локализации волн. [c.266]

Следует помнить, что величина N определяет не только значение полосы пропускания ВШП, но и влияет на условие электрического согласования через R - Поэтому после определения Л о т необходимо обеспечить выполнение равенства Ro R . с помощью выбора длины электродов Ь. Так, для рассмотренного выше случая кристаллического кварца соответствующее значение длины а для YZ—LiNbO,, oonT lOSA. Чрезмерное уменьшение b нежелательно, так как это приводит к уменьшению прожекторной зоны и к увеличению дифракционной расходимости возбуждаемой поверхностной волны. Такая ситуация может иметь место для очень слабых пьезоэлектриков, например для кристалла окиси бериллия 111]. Для этого кристалла jVo, 256 и Чтобы избежать этих нежелательных явлений, в ряде случаев приходится прибегать к использованию согласующего трансформатора. [c.310]

Боковые волны, с которыми мы уже сталкивались ныще при рассмотрении ряда задач, наряду с поверхностными и "вытекающими волнами (см. п. 4.4) являются типичной дифракционной комлонентой звукового поля сосредоточенного источника. [c.297]

В произвольной слоистой среде высокочастотное поле точечного источника также может быть представлено интегралом (12.14) или суммой интегралов того же вида, но, конечно, с другими функциями Р д) и /(<7) (см. п. 16.2). Обозначим точку ветвления подьштегральной функции через <7 ,. Четность числа пересечений разреза при деформации контура интегрирования меняется, когда точка <7 = <7 попадает на путь скорейшего спуска. Следовательно, при <7 <7й соотношения (14.13) являются уравнением границы области наблюдения боковой волны для слоистой среды весьма общего вида. Если подьштегральное вьфажеиие имеет полюс в точке <7 = <7р, затрагиваемый при деформации контура интегрирования, то при <7=<7р соотношения (14.13) служат уравнением границы области наблюдения соответствующей полюсу дифракционной компоненты звукового поля (например, поверхностной или вытекающей волны при отражении от слоистого полупространства). [c.310]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...