若晶體是由某個晶面族A,B,C,…組成，其面間距為d，當射線以掠射角α投射到晶體時，晶面A上點陣的散射和晶面B、C等點陣的散射相互干涉，對於同一層的散射線，當散線與晶面間的夾角等於掠射角時，在這個方向上射線產生相長干涉，對於同一層的散射線，當散射線與晶面間的夾角等於掠射角時，在這個方向上射線產生相長干涉。而對於不同層的散射線，當光程差為波長的整數倍時，各個面的散射線相互加強，形成光強的極大，這即是晶體對射線的布拉格衍射。
基本介紹
- 中文名：布喇格衍射
- 外文名：Bragg diffraction
- 學科：光學
- 產生原因：散射線相互加強
- 產生條件：光程差為波長的整數倍
- 相關名詞：衍射
背景,布拉格衍射原理,布拉格衍射儀器簡介,構造,儀器調整及測量,
背景
晶體對入射波的衍射決定於晶體的結構和入射波的波長，只要波長小於10- 8cm的入射波,就能在晶體中產生衍射。研究晶體結構常用手段有x射線及電子衍射。x射線波長短，與晶體為同一數量級，但不易直接觀察,微波具有電磁波的通性，可以代替x射線，但實際晶體的晶格常數約為10- 8cm，故微波不能對實際晶體產生衍射，可用模擬晶體來實現衍射。
布拉格衍射原理
晶體有規則的幾何形狀，晶體中原子按規則排列組成晶格，立方晶體為最簡單的晶體，在立方體的每個頂角上均有一個原子，這些原子可看成處於不同的平面上，這些平面稱為晶面；晶體是由許多等距、平行的晶面重複排列而成，這些晶面即組成了晶面族，晶面族用晶面指數表示為hkl，晶面指數的定義為原子所在平面在x、y、z三個坐標軸上的截距長度的倒數比化為三個最小的整數比，又稱密勒指數。如圖所示：晶面ABC的晶面指數為(233)。
立方晶系中晶面指數的表示若晶體是由某個晶面族A,B,C,…組成，其面間距為d，當射線以掠射角α投射到晶體時，晶面A上點陣的散射和晶面B、C等點陣的散射相互干涉，對於同一層的散射線,當散線與晶面間的夾角等於掠射角時，在這個方向上射線產生相長干涉，對於同一層的散射線，當散射線與晶面間的夾角等於掠射角時，在這個方向上射線產生相長干涉。而對於不同層的散射線，當光程差為波長的整數倍時，各個面的散射線相互加強，形成光強的極大，這即是晶體對射線的布拉格衍射。(如圖所示)
晶體的布拉格衍射
布拉格衍射儀器簡介
構造
(1)三厘米固態信號發生器和發射喇叭，可發出波長3.2cm的微波信號。
(2)立方模擬晶體,由75個鋁球組成，晶格常數為4.0cm，其中25個鋁球組成一方陣，相鄰球間距離為4cm。
(3)接收喇叭和微安表，可將接收到的微波信號轉變為直流信號，由微安表顯示信號強弱，可讀出電流值。
(4)工作平台圓盤上面刻度為:0°～ 180°，用作指示入射波與反射波的方向，以確定θ值。
(5)晶體支架，用於放置模擬晶體。
儀器調整及測量
(1)旋轉工作平台使0°刻線對正固定臂上的指針，轉動活動臂的指針對正工作檯上的180°刻線，然後將活動臂固定。取一根細繩拉緊在發射、接收兩個喇叭天線之間，使其與兩個喇叭天線上的短刻線成一直線，有時需要多次轉動兩個天線的角度才能調好。
(2)將一塊反射板放在工作平台上，使其垂足通過工作平台中心，讓細繩與反射板垂直，平台平面的一邊剛好靠上(允許誤差± 2mm)，(若不符合要求,應考慮固定臂的安裝角度和指針位置，有時需重新安裝固定臂和指針，也可稍微擺動活動臂)調整活動臂上的指針位置，使其正指180°。
(3)用叉形模片分別上下、左右一層層撥動模擬晶體架中的鋁球，使球進入叉槽中，成為一方形點陣。
(4)將模擬晶體架上的中心孔插在支架上，再將支架中心插入與度盤中心一致的一個銷子上，當把模擬晶體架放到小平台上時,應使模擬晶體架下面小圓盤的某一條與所研究晶面法線一致的刻線與度盤的0刻線一致，為避免兩喇叭之間波的直接入射，入射角取值範圍為：30°- 70°。實驗時為了方便，測量入射線與晶面法線的夾角即入射角，因為當晶面的法線與度盤的0刻線一致時，入射線與反射線的方向在度盤上有相同的示數，不容易搞錯。
此時產生衍射的條件為：2dcosθ= nλ，θ：入射角，n：任意整數。
轉動小平台，使固定臂指針指在某一角度處(θ≥ 30°)，然後轉動活動臂在微安表頭上找到一最大指示，此時活動臂上的指針所指的刻度就是反射角，若微安表頭指示太大或太小可調整衰減器、固態振盪器或晶體檢波器，直到微安表指示接近滿量程,然後改變入射角每增加2°測量一次。
