第十五章光的衍射1545圆孔衍射光学仪器的分辨率.pptVIP

醉雪—风随心动 * 15-4 圆孔衍射 光学仪器的分辨率 * * L1 L2 * 根据衍射屏的形状分类 圆孔衍射 狭缝衍射 菲涅耳衍射 夫琅和费衍射 * E H 一 圆孔的夫琅和费衍射 爱里斑 d：爱里斑直径 L L E 直线传播 * 二 瑞利判据 对于两个强度相等的不相干的点光源（物点），一个点光源的衍射图样的主极大刚好和另一点光源衍射图样的第一极小相重合，这时两个点光源（或物点）恰为这一光学仪器所分辨。 * * * 三 光学仪器的分辨本领 -- 两光点刚好能分辨 光学仪器的通光孔径D 最小分辨角 光学仪器分辨率 当两个爱里斑的中心恰好为 * 1990 年发射的哈勃太空望远镜的凹面物镜的直径为4.8m，最小分辨角 ，在大气层外 615km 高空绕地运行，可观察130亿光年远的太空深处, 发现了500 亿个星系。 哈勃太空望远镜 * 4、光栅的色分辨本领 （resolving power of grating） 光栅的分辨本领指光栅把波长靠的很近的两条谱线分辨清楚的本领，是表征光栅性能的主要技术指标。 设入射波长为? 和? +?? 时， 光栅的色分辨本领 定义： 两谱线刚能分辨。 下面分析 R 和哪些因素有关。 * ?的k级主极大 ?+??的k级主极大 得 (N 1) 按瑞利判据： 由图，有： * 0 ??/d -(??/d) -2(??/d) 2??/d I sin? N = 4 0级 1级 例如： 设 * 例：对波长靠得很近的Na双线： ? 1 =? = 589 nm 都可分辨出Na双线 ? 2 =? +?? = 589.6nm 若 k = 2，则 N = 491 若 k =3， 则 N = 327 光栅的色分辨本领： * 例1 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm，而在可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，问；(1)人眼的最小分辨角有多大？(2)若物体放在距人眼25cm（明视距离）处，则两物点间距为多大时才能被分辨？ 解：(1) (2) =5.5×10-2mm * 例2 人造卫星上宇航员声称，当其瞳孔直径为5.0mm，光源波长λ＝5500?时，他恰好分辨离他160km的地面上两点，光源若在理想条件下，这两点距离为多少？ 解： * 15-5 伦琴射线的衍射 * 1895年伦琴发现，受高速电子撞击的金属会发射一种穿透性很强的射线称Ｘ射线。 劳 厄 斑 点 铅板 单晶片 照像底片 单晶片的衍射 1912年劳厄实验 X 射线 冷却水 * 布 拉 格 反 射 入射波 散射波 1913年英国布拉格父子提出了一种解释Ｘ射线衍射的方法，给出了定量结果，并于1915年荣获物理学诺贝尔奖。 掠射角 晶格常数d 相邻两个晶面反射的两X射线干涉加强的条件 布拉格公式 * 用途 测量射线的波长研究X射线谱，进而研究原子结构；研究晶体的结构，进一步研究材料性能。 例：对大分子DNA晶体的成千张的X射线衍射照片的分析，显示出DNA分子的双螺旋结构。 晶体的X衍射照片 DNA 分子的双螺旋结构 布拉格公式 作业:练习十七 * 第十五章 光的衍射 复 习 * 一 惠更斯-菲涅尔原理 菲涅尔的补充：波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定，该点的振动是各子波在此产生的振动的叠加。 惠更斯原理：波动传播到的各点，都可看作是发射子波的波源，其后任一时刻，这些子波的包络面就是新的波面。 成功：子波假设 不足：不能解释波的强度分布和向前传播 惠更斯-菲涅尔原理：子波假设 + 子波相干叠加 * 奇数λ/2 A1 A2 O O’ L2 衍射屏 A B C 观察屏 P P暗2 P暗1 一级明纹 二级明纹 介于明暗之间 不能被λ/2整分 P明2 P明1 被λ/2奇数 和 偶数倍整分 二 单缝夫琅和费衍射 A→A1 A1→A2菲涅耳半波带 1 面积相等 2 子波数相等 3 相干条件 明、暗条纹 * 菲涅耳半波带法解单缝衍射公式： 暗纹--干涉相消 明纹--干涉加强 中央明纹 0 介于明暗之间 k =1, 2, 3, ··· ··· 光程差 * 斜入射单缝衍射公式 法线之上为加号 法线之下为负号 暗纹--干涉相消 明纹--干涉加强 中央明纹 0 介于明暗之间 k =1, 2, 3, ··· 光程差 2 1 * ? L2 G d E P f (k = 0,1,2,…) 明纹(主极大) 三 光栅方程 1 确定主极大位置的方程 正入射 暗纹条件： ？ 0 级亮纹1级亮纹之间明暗纹如何解释？ 必要条件 光栅方程 * N=4，d=4a N2 I0单 I多 0 4 -8 -4 8 (?/d) 多光束干涉光强曲线 光栅衍射是受到单缝衍射调制的多缝干涉 (?/a) 0