BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG - CHƯƠNG 4 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG pptx

Bμi giảng Vật lý đại cươngTác giả: PGS.. TS Đỗ Ngọc Uấn Viện Vật lý kỹ thuật Trường ĐH Bách khoa Hμ nội... Nguyên lý Huyghen - FrenenBất kì điểm nμo mμ AS truyền qua đều trở thμnh nguồn

Bμi giảng Vật lý đại cương

Tác giả: PGS TS Đỗ Ngọc Uấn

Viện Vật lý kỹ thuật Trường ĐH Bách khoa Hμ nội

Ch−¬ng 4 NhiÔu x¹ ¸nh s¸ng

1 HiÖn t−îng

nhiÔu x¹ ¸nh

s¸ng

lμ hiÖn t−îng tia s¸ng lÖch khái ph−¬ng truyÒn khi ®i gÇn ch−íng ng¹i

¶nh nhiÔu x¹

Tia s¬ cÊp , tia nhiÔu x¹

gãc nhiÔu x¹

ϕ

Lç to

Lç nhá

2 Nguyên lý Huyghen - Frenen

Bất kì điểm nμo mμ AS truyền qua đều trở thμnh nguồn sáng thứ cấp phát AS về phía trước nó

Biên độ vμ pha của nguồn thứ cấp lμ biên độ vμ pha của nguồn thực gây ra tại vị trí của nguồn

thứ cấp

M O

dS

θ0 θ

S

Biên độ từ dS chiếu đến M

2 1

0

r r

dS )

, (

A )

M (

nhỏ A cμng lớn

) v

r

r t

(

cos r

r

dS ) , (

A )

M (

S 1 2

θ

= ∫

3 Phương pháp đới cầu Frênen

Hiệu quang lộ AS từ 2 đới cầu liên tiếp ΔL=λ/2

R

b

2

b + λ 2

3

b + λ

2

4

2

b λ +

Σ0

Σ1

Σ2

Σ3

Σ4

λ +

π

=

Δ

b R

Rb S

k b

R

Rb

rk

+

λ

=

k=1, 2,

a tỷ lệ nghịch với θ:

a1> a2> a3> > an>

θ

) a

a

( 2

1

ak = kư1 + k+1

Biên độ sáng tại M: a=a1-a2+ a3- a4 ± an

+ n lẻ, - n chẵn 3.1 Định nghĩa, tính chất đới cầu Frênen:

3.2 Nhiễu xạ qua lỗ tròn gây bởi nguồn điểm

ở gần:

M O

R

Có n đới cầu, Biên độ sáng tại M

a=a1-a2+ a3- a4 ± an

+ n lẻ, - n chẵn

2

a

) 2

a a

2

a (

) 2

a a

2

a ( 2

a

a = 1 + 1 − 2 + 3 + 3 − 4 + 5 + ± n

+ n lẻ, - n chẵn

2

a 2

a

a = 1 ± n

Nhiều đới cầu an ->0 => I0=a2

4

a I

2 1

0 = Chứa số lẻ đới cầu

0

2 n 1

I

) 2

a 2

a (

I = + >

Chứa số chẵn đới cầu

0

2 n 1

I

) 2

a 2

a (

I = − <

n=2 => I2=0 n=1 => I

1=a12=4I0 3.3 Nhiễu xạ qua đĩa tròn:

M O

m+1

m+2

m+3

r 0

Đĩa bán kính r0 che mất

m đới cầu AS từ đới cầu m+1 chiếu tới M

a = am+1-am+2+ am+3-

) 2

a a

2

a (

) 2

a a

2

a ( 2

a

a = m 1 + m 1 − m 2 + m 3 + m 3 − m 4 + m+5 +

+

+

+ +

+ +

2 a

a = m+1

Che các đới cầu (hoặc chẵn hoặc lẻ) để tăng cường độ sáng

4 Nhiễu xạ gây bởi các sóng phẳng

M

Σ0

Σ1

Σ2

Σ3

Σ4

A

δ

AB=b

Bề rộng mỗi dải δ=λ/2sinϕ

ϕ

Số dải

λ

ϕ

= ϕ

λ

sin 2

/

b n

Hiệu quang lộ giữa 2 tia từ 2 dải liên tiếp:

λ/2

a=a1-a2+ a3- a4 ± an -> a=a1+ a3 +alẻ

4.1.Qua một khe hẹp

ΔL=λ/2 Chúng dập tắt nhau từng đôi một

Điều kiện cực tiểu: M tối n 2 b sin = 2 k

λ

ϕ

= b

k sin λ

=

ϕ k = ±1, ±2 Trừ k=0

Điều kiện cực đại: M sáng

1 k

2

sin b

2

λ

ϕ

=

b 2

) 1 k

2 (

+

= ϕ

k = 1, ±2, ±3 Trừ k=0 vμ k=-1 ứng với k=0, -1 trùng với cực đại giữa

λ b

2 λ

ư

b

2 λ b

λ

ư

I0

I2

I1

sinϕ O

sinϕ=0 cực đại giữa

b

3

, b

2

, b

±

λ

±

λ

±

= ϕ

có các cực tiểu

, b

2

5

, b 2

3 sin ϕ = ± λ ± λ

có các cực đại

Tỷ lệ I0 :I1 :I2: I3 =1: 0,045:0,016:0,008

Nhận xét:

1 Cực đại giữa có bề rộng gấp đôi các cực đại bên

2 Cực đại giữa có cường độ gấp trăm lần các cực đại bên

4.2 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp Cách tử

d b

M F E I

dsinϕ

k sin λ

=

ϕ

Có các cực tiểu chính

N/CPhân bố cường độ sáng giữa hai cực tiểu chính:

Hiệu quang lộ giữa 2 tia tương ứng từ 2 khe liên tiếp L1 ư L2 = d sin ϕ = k λ

d

k sin λ

=

ϕ

k =0, ±1, ±2 k=0 cực đại giữa

có các cực đại chính

Giữa các cực đại chính có các cực tiểu tại

2

) 1 k

2 ( sin

+

=

ϕ

d 2

) 1 k

2 (

+

= ϕ

d>b>λ

Hai tia từ 2 khe liên tiếp khử lẫn nhau -> tối

còn tuỳ thuộc vμo số khe N

N=1-> 1 Cực đại giữa N=2 -> Các cực đại chính

N=3-> 1 Cực đại phụ: N-2

2 cực tiểu phụ: N-1

& Cực tiểu

N nhiều: Các cực đại nét

kλ/d

(2k+1)λ/2d

d=3b

Sinϕ

λ/d

0

Tập hợp các khe hẹp giống nhau cách đều nhau

vμ cùng nằm trên mặt phẳng: d chu kì

d

Cách tử truyền qua: Kính

Cách tử phản xạ: Kim loại

Rạch

Kĩ thuật quang khắc

rạch n=1/d

500 -1200/mm

• Cách tử nhiễu xạ:

0,4μm ≤ λ ≤ 0,76μm

TÝm, Chμm, Lam, Lôc,Vμng,Da cam, §á

• NhiÔu x¹ trªn tinh thÓ

d~3.10-10m θ

HiÖu quang lé 2 tia

ΔL=2dsinθ=kλ

d 2

k sin θ = λ C«ng thøc Wulf-Bragg

• NhiÔu x¹ ¸nh s¸ng tr¾ng qua c¸ch tö

V©n tr¾ng trung t©m Kho¶ng tèi

7 mÇu,k=1 k=2 k=3 k=4 Tia X cã λ~10-10m

Zn Debye

tia x, e,n

mÉu tinh thÓ

Phim

• Năng suất phân ly của dụng cụ quang học

Khả năng phân biệt chi tiết nhỏ nhất

9Bằng nghịch đảo khoảng cách nhỏ nhất giữa 2

điểm có thể phân biệt được hoặc của góc nhỏ

nhất giữa 2 tia tới 2 điểm còn phân biệt được

9Nhiễu xạ qua lỗ tròn của dụng cụ → điểm trên vật → vệt sáng trong dụng cụ

Cường độ sáng

trong ảnh của

một điểm

2 điểm còn phân biệt được

2 điểm không phân biệt được

Năng suất phân ly của dụng cụ quang học bằng nghịch đảo khoảng cách nhỏ nhất giữa 2 điểm (= bán kính của 1 vết )

ắ Kính hiển vi:

λ

=

61 , 0

u sin

n S

Vật kính thị kính

ắ Kính thiên văn:

n- chiết suất của môI trường, u- góc nghiêng lớn nhất của chùm sáng chiếu vμo vật kính, λ- bước sóng ánh sáng

' 22 , 1

d

1

ε

=

d- đường kính của kính vật