Bài giảng Vật lý đại cương và vật lý hiện đại: Quang học sóng - Nhiễu xạ - PGS.TS. Lê Công Hảo

Bài giảng Vật lý đại cương và vật lý hiện đại: Quang học sóng - Nhiễu xạ cung cấp cho người học các kiến thức: Giới thiệu về nền nhiễu xạ, nhiễu xạ từ khe hẹp, độ phân giải của khe hẹp và lỗ tròn,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

TS Lê Công Hảo

2.1 GIỚI THIỆU VỀ NỀN NHIỄU XẠ

 Khi truyền qua khe, ánh sáng có bước

sóng lớn hơn hay bằng bề rộng của khe

sẽ tán xạ qua mọi hướng về phía trước Hiện tượng này được gọi là nhiễu xạ

 Nền nhiễu xạ gồm các vùng sáng – tối

xen kẻ nhau, tương tự như nền giao thoa

 Nền nhiễu xạ gồm một vân sáng trung

tâm có độ rộng đáng kể.

 Nền nhiễu xạ bao gồm dãy các vân sáng

có cường độ ít hơn phân bố đều hai bên.

2.1 GIỚI THIỆU VỀ NỀN NHIỄU XẠ

Nguồn sáng chiếu qua vật chắn tạo nền

nhiễu xạ trên màn quan sát

Màn quan sát

Nguồn phát

Vật chắn

Chính giữa nền nhiễu xạ có cực đại chính giữa

 Xung quanh cực

đại chính giữa có những vùng sáng yếu hơn, được gọi

là cực đại thứ cấp

 Những vùng tối

được gọi là cực tiễu nhiễu xạ

2.2 NHIỄU XẠ TỪ KHE HẸP

Nguồn phát

Màn quan sát

2.2 NHIỄU XẠ TỪ KHE HẸP

Mỗi điểm là một nguồn phát thứ cấp

Hiệu quang lộ tia 1 và 3, 2 và 4 hoặc 3 và 5 là 𝑎2sinθ

Hiệu quang lộ của tia 1-3, 2-4

và 3-5:



sin 2

a

L 



Điều kiện để hai tia triệt tiêu

(cực tiểu nhiễu xạ):

2

sin 2

a











a







hay

2 sin    

2.2 NHIỄU XẠ TỪ KHE HẸP

Nếu chia bề rộng khe thành 4 phần bằng nhau

Nếu chia bề rộng khe thành 6 phần bằng nhau a

3







ĐIỀU KIỆN CỰC TIỂU NXẠ

a

m





ĐIỀU KIỆN CỰC ĐẠI N.XẠ

, ) 3

, 2 ,

1 (

, )

2 / 1 (

a

m

s





, 3 , 2 ,

1  





m

2.2 NHIỄU XẠ TỪ KHE HẸP

Phân bố cường độ sáng trong nền nhiễu xạ Fraunhofer từ khe hẹp

độ rộng a.

Hình vẽ minh họa trình bày vị trí 2 cực tiểu phân

bố hai bên cực đại giữa.

a

m



 m   1 ,  2 ,  3 ,

2.2.1 Cường độ sáng của nền nhiễu xạ qua một khe

Cường độ ánh sáng tại một điểm trên màn là tổng hợp của vector cường độ điện trường từ các vùng có bề rộng  y

• Mỗi vùng  y tương ứng với độ lớn vector cường độ điện trường  E

• Cường độ điện trường E tại một điểm trên màn là tổng của  E.

Độ lệch pha giữa hai tia liên tiếp:

2.2 NHIỄU XẠ TỪ KHE HẸP

 2 1

2

L

L 





















Dùng giản đồ vector để tìm cường độ điện trường tổng hợp E

Khi  = 0

Điện trường tại tâm trên màn

E N

E0  

N là số vùng

Khi   0

Độ lệch pha giữa tia tại đỉnh và đáy của khe là

a = N  y: Bề rộng của khe

2.2.1 Cường độ sáng của nền nhiễu xạ qua một khe

2.2 NHIỄU XẠ TỪ KHE HẸP















  N  2 Nysin  2 asin

Từ hình vẽ, ta thu được:

Hay, cường độ điện trường tổng hợp thu được:

Thu được cường độ ánh sáng tại một điểm trên màn

2.2.1 Cường độ sáng của nền nhiễu xạ qua một khe

2.2 NHIỄU XẠ TỪ KHE HẸP

R

E R / 2 2

sin  

 































2 /

2 / sin

2

sin

2 2

sin











E

E R

E R

2

~ E

I

  2 max

2 /

2 /

sin



















I

max

/ sin

/ sin

sin























a

a I

I

2.2.2 Cường độ sáng của nền nhiễu xạ qua hai khe

2.2 NHIỄU XẠ TỪ KHE HẸP

Giao thoa và nhiễu xạ

Nền nhiễu xạ qua hai khe

Nền nhiễu xạ qua một khe

2



2.3 ĐỘ PHÂN GIẢI CỦA KHE HẸP VÀ LỖ TRÒN

 Khi cực đại chính giữa

của một ảnh này rơi vào cực tiểu bậc nhất

của một ảnh khác thì các ảnh được cho là có khả năng phân giải được

Điều kiện cho giới hạn phân giải này

chuẩn Rayleigh

2.3.1 Đối với khe hẹp

Tiêu chuẩn Rayleigh

2.3 ĐỘ PHÂN GIẢI CỦA KHE HẸP

Cực tiểu đầu tiên xuất hiện tại góc:

a là bề rộng của khe

 Là bước sóng

Trong mọi trường hợp  << a, nên:

Phân giải tốt Phân giải không tốt

a



a



sin

2.3 ĐỘ PHÂN GIẢI CỦA LỖ TRÒN

Độ phân giải nền nhiễu xạ ứng với góc

D là đường kính lỗ tròn

D



Chú ý góc nhỏ

2.4 CÁCH TỬ NHIỄU XẠ

2.4.1 Khái niệm về cách tử nhiễu xạ

Cách tử nhiễu xạ là một công

cụ thường dùng để phân tích

nguồn ánh sáng, bao gồm một

số lớn các khe song song cách

Số khe trên mỗi cm:

1 n

d



Có 02 loại cách tử:

Cách tử truyền qua Cách tử phản xạ

2.4 CÁCH TỬ NHIỄU XẠ

2.4.1 Khái niệm về cách tử nhiễu xạ

Vị trí vân sáng:

, ) 2

, 1 ,

0 (

d s 

Vị trí vân tối:



2

1 (

sin  m 

d t

(m = 0, 1, 2, 3,…)

2.4 CÁCH TỬ NHIỄU XẠ

2.4.1 Khái niệm về cách tử nhiễu xạ

2.4.2 Năng suất phân giải của cách tử nhiễu xạ

Hai bước sóng gần nhau nhất 1 và 2 mà cách tử nhiễu xạ

có thể phân biệt được, được gọi là năng suất phân giải R:



















1 2

R

Với:

2

2

1  





Nếu N khe của cách tử được chiếu sáng thì năng suất phân giải năng suất phân giải của nhiễu xạ thứ m là:

R = Nm

2.4 CÁCH TỬ NHIỄU XẠ

2.5 NHIỄU XẠ TIA X BỞI TINH THỂ

Hiệu quang lộ giữa 2 tia X:





L 2d sin

Điều kiện để có cực đại nhiễu xạ





sin d

2

(m = 1, 2, 3, …)

ĐL Bragg