WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

яркий дифракционный рефлекс в направлении зеркальПредставленные на рис. 2 диаграммы определяют все ного отражения. В случае падения света на ростовую проявляющиеся в геометрии обратного рассеяния про- поверхность образца возникает дифракция на системе цессы дифракции света на системе наиболее плотноупа- „атомных“ плоскостей (111). Этой системе соответкованных плоскостей ГЦК-решетки, какими являются ствует вектор обратной решетки b(111), параллельный Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Брэгговская дифракция света в искусственных опалах Рис. 3. a — спектры дифракционного рассеяния на системе ростовых плоскостей (111), измеренные при фиксированном угле падения белого света = 20 и разных углах отражения. b — спектрально-угловая зависимость интенсивности дифракции при освещении белым светом (1) и угловые зависимости интенсивности рассеяния монохроматического света c длинами волн = 550 (2), 560 (3) и 570 nm (4). Экспериментальные точки на кривой 1 части b (светлые кружки) соответствуют максимумам спектральных кривых, приведенных на части a: нижняя шкала показывает угловое положение максимумов; верхняя шкала длин волн показывает спектральное положение максимумов и относится только к спектрально-угловой зависимости 1. На вставке показана геометрия опыта.

направлению из центра зоны Бриллюэна ГЦК-решетки рассеяние наблюдается при длине волны 560 nm в нав точку L, т. е. вдоль нормали [111] к поверхности (111). правлении = = 20, которое соответствует зеркальБрэгговская дифракция обусловлена взаимодействием ному отражению. Кривые 2–4 представляют найденные света с периодическими компонентами диэлектрической из экспериментальных данных (рис. 3, a) зависимости от проницаемости, а зеркальное отражение — взаимодей- угла интенсивности дифракционного рассеяния моноствием с однородным (пространственно усредненным) хроматического света при различных длинах волн.

диэлектрическим фоном. Из диаграммы процесса рассе- 2.4. Дифракция при падении света перяния K1 K 1 (рис. 2 ) видно, что при отождествле- пендикулярно оси роста. При падении луча нии поверхности образца с ростовой плоскостью (111) монохроматического света в плоскости гексагональных опала направления брэгговской дифракции на плоско- слоев (111) опала перпендикулярно оси его роста (как стях (111) и зеркального отражения от поверхности на рис. 1) на экране наблюдается ряд дифракционных образца совпадают, т. е. на наблюдаемый дифракционный пятен. Простейшая дифракционная картина наблюдается максимум в общем случае накладывается зеркальное от- в так называемой [211]-геометрии, когда падающий в ражение. В наших экспериментах из-за наличия иммер- плоскости (111) луч направлен вдоль лежащего в этой сионной жидкости с диэлектрической проницаемостью, плоскости направления [211] (обозначения относятся близкой к проницаемости опала, зеркальная компонента к ГЦК-решетке). В [211]-геометрии дифракционная карбыла существенно подавлена. тина на экране состоит из двух пятен, симметрично Геометрия эксперимента показана на вставке к смещенных вдоль оси относительно падающего луча рис. 3, b; углыпадения и отражения отсчитываются (рис. 1 и 4). Угловое отклонение | | центров двух от нормали к поверхности роста образца. Для характе- симметрично расположенных пятен тем больше, чем ризации пятна, обусловленного дифракцией на системе меньше длина волны падающего света. Это иллюстриплоскостей (111), при угле падения света = 20 была руется приведенными на рис. 4 фотографическими изобизмерена серия спектров дифрагированного света при ражениями дифракционной картины, полученными на различных углах вблизи угла зеркального отражения экране при освещении образца монохроматическим све =. Выбор величины = 20 для угла падения том He-Ne-, Cu- и Ar-лазеров. При повороте кристалла обусловлен тем, что он упрощает сопоставление ре- вокруг оси число и расположение дифракционных зультатов, полученных в разных геометриях рассеяния пятен, наблюдаемых в [211]-геометрии, меняются с пе(см. раздел 4). Спектры дифракционного отражения, риодом 60. При этом картина „двух пятен“ повторяется измеренные при освещении образца белым светом, пред- через каждые 60, когда направление падения света ставлены на рис. 3, a. Полученные путем обработки этих совпадает с одним из направлений [211], [112], [112], спектров угловые зависимости дифракции приведены [121], [121], лежащих в ростовой плоскости (111) и на рис. 3, b. Кривая 1 на этом рисунке показывает эквивалентных направлению [211]. При ориентации лузависимость от угла интенсивности света в мак- ча монохроматического света по высокосимметричным симумах спектральных полос отражения, приведенных направлениям типа [011], лежащим в ростовой плоскона рис. 3, a. Видно, что максимальное дифракционное сти (111), в дифракционном отражении наблюдаются Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 438 А.В. Барышев, А.А. Каплянский, В.А. Кособукин, М.Ф. Лимонов, К.Б. Самусев, Д.Е. Усвят Рис. 4. Фотографическое изображение картин дифракции на экране (рис.1) при падении в направлении [211] монохроматического света с длинами волн = 633, 578, 515 и 488 nm. Приведены значения углов регистрации, соответствующие этим длинам волн.

четыре рефлекса, расположенные в вершинах прямо- В обоих случаях (рис. 5, a и b) наиболее интенсивные угольника, стороны которого параллельны и перпенди- полосы отражения наблюдаются при углах = ±40, причем абсолютному максимуму в этих спектрах сокулярны оси роста. В этой работе мы ограничиваемся представлением экспериментальных результатов для ди- ответствует длина волны 570 nm (желтый свет).

На рис. 5, c приведена спектрально-угловая зависимость фракции в [211]-геометрии, так как их достаточно для интенсивности в максимумах спектральных полос отпонимания общей картины дифракции света в опалах ражения, представленных на рис. 5, a и b. На этом (см. раздел 4).

рисунке отчетливо видны два максимума интенсивности 2.5. Спектрально- угловые характеристики при = ±40.

дифрагированного излучения. Вследствие 2.6. Предварительное обсуждение. Предусловия (1) зависимости интенсивности брэгговской ставляет интерес сравнение спектрально-угловых завидифракции от длины волны света и угла рассеяния симостей распределения дифрагированного света, котовзаимосвязаны. Поэтому, рассматривая во взаимосвязи рые возникают в двух геометриях рассеяния, показанных полученные при освещении белым светом спектральные на рис. 2. Для обеих зависимостей характерно наличие и угловые характеристики дифракции, далее будем намаксимумов в угловом распределении интенсивности зывать их спектрально-угловыми зависимостями. В содифрагированного света: в случае падения пучка белого гласии с изложенными выше результатами исследования света на ростовую поверхность (111) имеется один мак дифракции в монохроматическом свете в [211]-геометсимум (рис. 3, b), а при падении пучка в плоскости (111) рии при освещении образцов опала белым светом в направлении [211] — два максимума (рис. 5, c). Уг(сплошной спектр) на экране наблюдается вытянутая в ловое положение каждого из максимумов определяет вертикальном направлении окрашенная полоска (углонаправление, в котором основная часть дифрагированвая ширина 10) дифрагированного света, ориентированного излучения выходит из образца. Согласно рис. 3, b, ная в пространстве параллельно оси роста образца спектральная ширина дифракционного пятна равна при(рис. 1). Визуально наблюдаемая окрашенная полоска мерно 20 nm, полная угловая ширина дифракционного представляет собой спектральное разложение белого максимума составляет 10 при освещении белым света в двух симметричных направлениях относительно светом и 5 при монохроматическом освещении. Из падающего луча. Для нашего образца, в котором диарис. 5, c следует, что спектральная ширина полоски метр шаров a-SiO2 равен 270 nm рассеянию назад под дифрагированного света в верхнюю и нижнюю полумалыми углами (| | 0) соответствует красный цвет, а сферы равна приблизительно 100 nm, а ширина углопри увеличении угла | | длина волны дифрагированного вой зависимости распределения дифрагированного света света уменьшается.

составляет 20. Существенная разница в найденных Спектральный состав дифрагированного белого света величинах как спектральной, так и угловой ширины в [211]-геометрии подробно исследовался в зависимости дифракционных максимумов для двух обсуждаемых геоот угла (в эксперименте, схема которого показана на метрий рассеяния (рис. 2) свидетельствует о различных рис. 1, этот угол менялся путем перемещения световода, условиях дифракции в этих двух случаях.

с помощью которого сигнал подавался на спектрометр).

Как уже отмечалось, дифракция K1 K 1 (рис. 2) Спектры отражения, измеренные при разных значениях должна проявляться в направлении зеркального отражеугла ±, представлены на рис. 5, a и b. Спектры, пония от ростовой плоскости (111). Дифракции этого типа казанные на рис. 5, a, относятся к рассеянию света в посвящены практически все работы, в которых исследонижнюю часть обратной полусферы в интервале углов вались фотонные стоп-зоны в опалах. Представленные -60 < < 0, а спектры, приведенные на рис. 5, b, выше результаты (рис. 3) существенно дополняют дансоответствуют рассеянию в верхнюю часть той же по- ные этих исследований, поскольку в них содержится делусферы в симметричном интервале углов 0 < < 60. тальная информация о спектральном составе и угловых Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Брэгговская дифракция света в искусственных опалах Рис. 5. a, b — спектры рассеяния, измеренные при разных углах регистрации света при освещении образца белым светом в направлении [211]. c — спектрально-угловая зависимость интенсивности в максимумах спектров рассеяния белого света, изображенных на частях a и b. Экспериментальные данные показаны кружками и штриховой линией, результаты расчета — сплошной линией. На вставке — геометрия рассеяния света от двух систем плоскостей типа (111), принадлежащих решеткам fcc I и fcc II двойникованной ГЦК-структуры.

характеристиках дифрагированного пучка. Кроме того, в Согласно рис. 2, брэгговская дифракция K2 K 2 на наших измерениях вследствие использования иммерси- плоскости (111) также должна приводить к появлению одного дифракционного максимума в плоскости онной жидкости дифракционная компонента излучения рассеяния, которая включает векторы K2 и b2 = b(111).

не маскируется обычным зеркальным отражением. Это важно, в частности, для дальнейшего определения опти- В случае ГЦК-решетки эта дифракционная картина ческих характеристик образца на основе закона Брэгга. должна повторяться, если повернуть кристалл вокруг Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 440 А.В. Барышев, А.А. Каплянский, В.А. Кособукин, М.Ф. Лимонов, К.Б. Самусев, Д.Е. Усвят оси на угол 120 или 240 (в ГЦК-решетке ось трансляции решетки a, т. е. (r) =(r + a). Она разлагаявляется осью вращения третьего порядка). На самом ется в ряд Фурье деле наблюдаемая при освещении монохроматическим светом картина дифракции в случае K [211] (рис. 4) (r) = b exp(ibr), b = dr (r) exp(-ibr) (4) существенно сложнее: она состоит из двух пятен, сим b метрично расположенных на оси роста, и повторяется через каждые 60 при повороте кристалла вокруг оси.

по векторам обратной решетки b, причем = b для Таким образом, экспериментальные картины дифракции -b вещественной функции (r). При этом формула (2) при K не удается объяснить, если основываться на содержит в качестве K -K только фурье-амплитуды b, модели идеальной ГЦК-структуры.

которые выражаются интегралом (4) по объему Далее (в разделах 3, 4) показано, что наблюдаемое элементарной ячейки и зависят от размера и формы удвоение числа дифракционных рефлексов обусловлено рассеивающих объемов.

наличием беспорядка в чередовании плотноупакованных В качестве модели нулевого приближения будем расслоев (111) вдоль оси роста, который приводит к возсматривать полупространство с однородной диэлектриникновению ростовых двойников ГЦК-решетки. Неупоческой проницаемостью 0, которая соответствует b = 0.

рядоченность последовательности ростовых слоев (111) Для нее из (4) получаем в искусственных опалах оказывается ответственной и за те наблюдаемые особенности спектрально-угловых 0 = s f + (1 - f ), (5) зависимостей дифракции, которые не должны иметь места в регулярных кристаллических решетках.

где s и — диэлектрические постоянные внутри и вне шаров a-SiO2, f — коэффициент объемного заполнения решетки ( f = 0.74 для ГЦК-решетки). Эта постоянная 3. Особенности дифракции света определяет волновой вектор в опалах. Теория K = 0 ex cos + ey sin cos + ez sin (6) 3.1. О б щ и е с о о т н о ш е н и я. Брэгговская диc фракция электромагнитных волн видимого диапазона в общих чертах аналогична дифракции рентгеновских падающей волны в рассеивающей среде, ex, ey и ez — лучей [24,25]. В борновском приближении интенсив- взаимно ортогональные орты. Вектор K волны, рассеянность упругого рассеяния (дифракции) монохромати- ной в обратном направлении, отличается от (6) своими ческой световой волны с частотой от полупростран- полярным - и азимутальным углами, причем ства, заполненного рассеивающей средой, выражается |K| = |K | при упругом рассеянии.

формулой вида В случае идеальной трехмерной решетки с базисными векторами ai (i = 1, 2, 3) сумма в (3) берется I(Q Q ) =CS(K - K) K -K. (2) по узлам Rl = aili, где li — целые числа. Резульli тат суммирования (3) показывает [23], что главные Здесь Q и Q — волновые векторы падающей и дифрамаксимумы интенсивности (2) для дифрагированного гировавшей волн, измеряемые в вакууме, K и K — излучения возникают в тех направлениях K, которые соответствующие векторы внутри рассеивающей среды, удовлетворяют уравнению (1). „Атомная “ плоскость, а коэффициент C определяет преобразование световой ответственная за дифракцию, определяется перпендикуволны Q K и K Q на границе образца. В формулярным ей вектором обратной решетки b = bimi ле (2) структурный фактор i=1,2, с базисными векторами bi и индексами (m1, m2, m3).

S(K - K) = exp -i(K - K)Rl Из уравнений (1)-(3) следует [26], что при облучении N l белым светом идеальной трехмерной решетки возможно только селективное появление дифракционных максиму= exp -i(K - K)(Rl - Rl ) (3) мов при некоторых длинах волн. Для опалов наблюдаN l,l ется существенно иная структура дифракционных пятен (рис. 4 и 5): каждое из них представляет собой спектзависит от положений Rl рассеивателей (шаров a-SiO2 ральное разложение белого света по углу дифракции.

в опале), и именно он определяет картины дифракции в Такая структура наблюдаемых рефлексов в принципе соответствии с формулой для интенсивности (2).

Pages:     | 1 || 3 | 4 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.