في عالم البصريات، من الضروري فهم كيفية تفاعل الضوء مع المادة. إحدى الظواهر الرائعة هي **انتشار براغ**، حيث يتفاعل الضوء مع وسط يحتوي على اختلاف دوري في معامل انكساره. هذه الظاهرة، التي سميت باسم الفيزيائي ويليام لورانس براغ، تنبع جذورها من انتشار أشعة إكس من شعرية بلورية لمادة صلبة.
تخيل سلسلة من "الجدران" المتباعدة بشكل متساوٍ داخل مادة، كل منها يمثل تغييرًا في معامل الانكسار. عندما تصطدم موجات الضوء بهذه التغيرات الدورية، فإنها تتشتت وتتداخل. إذا كان التباعد بين "الجدران" مناسبًا، تتداخل الموجات المتشتتة بشكل بناء، مما يؤدي إلى شعاع عكسي قوي بزاوية محددة. تُعرف هذه الزاوية، باسم **زاوية براغ**، وتعتمد على طول موجة الضوء والتباعد بين تغييرات معامل الانكسار.
يلعب انتشار براغ دورًا حيويًا في العديد من الأجهزة البصرية، بما في ذلك **مُعدلات صوتية ضوئية (AOMs)**. تستخدم هذه الأجهزة موجة فوق صوتية لإنشاء اختلاف دوري في معامل انكسار مادة، مثل البلورة. عندما يمر الضوء عبر البلورة، فإنه يمر بانتشار براغ، مما يؤدي إلى انحراف شعاع الضوء.
من خلال تغيير تردد الموجة فوق الصوتية، يمكننا التحكم في زاوية الانحراف وبالتالي تردد الضوء. يجعل هذا من مُعدلات صوتية ضوئية أدوات قيّمة للتحكم في الضوء والتلاعب به، مما يجد تطبيقات في مسح الليزر والاتصالات الضوئية والطيفية.
غالبًا ما يُقارن انتشار براغ بـ **حيود رامان-ناث**، وهي ظاهرة أخرى تحدث عندما يتفاعل الضوء مع هياكل دورية. في نظام رامان-ناث، يكون طول تفاعل الضوء مع الهيكل الدوري قصيرًا نسبيًا، مما يؤدي إلى أشعة متعددة مُنحرفة. على النقيض من ذلك، يحدث انتشار براغ عندما يكون طول التفاعل أطول، مما يؤدي إلى شعاع واحد عاكس بقوة عند زاوية براغ.
ما وراء مُعدلات صوتية ضوئية، يجد انتشار براغ تطبيقات في مجالات متنوعة:
انتشار براغ هي ظاهرة أساسية في البصريات، تُمكن من التلاعب المتحكم به بالضوء من خلال هياكل دورية. من مُعدلات صوتية ضوئية إلى بلورات فوتونية وحيود أشعة إكس، يواصل انتشار براغ إحداث ثورة في فهمنا واستخدامنا للضوء، مما يمهد الطريق للتقدم في مجالات متنوعة.
Instructions: Choose the best answer for each question.
1. What is the key requirement for Bragg scattering to occur?
(a) A medium with a uniform refractive index (b) A medium with a periodic variation in its refractive index (c) A medium with a high refractive index (d) A medium with a low refractive index
(b) A medium with a periodic variation in its refractive index
2. What is the name given to the specific angle at which Bragg scattering occurs?
(a) Diffraction angle (b) Brewster angle (c) Bragg angle (d) Critical angle
(c) Bragg angle
3. Which of the following devices utilizes Bragg scattering for controlling light?
(a) Laser pointer (b) Telescope (c) Acousto-optic modulator (AOM) (d) Microscope
(c) Acousto-optic modulator (AOM)
4. How does the frequency of the ultrasonic wave in an AOM affect the deflected light?
(a) It affects the intensity of the deflected light (b) It affects the polarization of the deflected light (c) It affects the wavelength of the deflected light (d) It affects the angle of deflection of the light
(d) It affects the angle of deflection of the light
5. What is the main difference between Bragg scattering and Raman–Nath diffraction?
(a) The wavelength of the light involved (b) The type of periodic structure (c) The interaction length of light with the periodic structure (d) The material used for the periodic structure
(c) The interaction length of light with the periodic structure
Task:
A photonic crystal is designed with a periodic structure of alternating layers of silicon (n=3.5) and air (n=1). The spacing between the layers is 100 nm.
Calculate the Bragg angle for red light (λ=650 nm) in this photonic crystal.
Formula:
Here's how to calculate the Bragg angle:
None
Comments