Bài giảng Vật lý đại cương 3 - Chương 4: Nhiễu xạ ánh sáng - Đỗ Ngọc Uấn

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương 3 - Chương 4: Nhiễu xạ ánh sáng - Đỗ Ngọc Uấn

1. Bμi giảng Vật lý đại c−ơng Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn Viện Vật lý kỹ thuật Tr−ờng ĐH Bách khoa Hμ nội
2. Ch−ơng 4 Nhiễu xạ ánh sáng
3. 1. Hiện t−ợng Lỗ to nhiễu xạ ánh sáng Lỗ nhỏ góc nhiễu xạ ảnh ϕ nhiễu xạ Tia sơ cấp , tia nhiễu xạ lμ hiện t−ợng tia sáng lệch khỏi ph−ơng truyền khi đi gần ch−ớng ngại
4. 2. Nguyên lý Huyghen - Frenen Bấtkìđiểmnμomμ AS truyền qua đều trở thμnh nguồn sáng thứ cấp phát AS về phía tr−ớc 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 Biên độ từ dS chiếu đến M dS A (θ0 ,θ ) dSθ,θ0 cμng θ a ( M= ) r2 rr nhỏ A cμng r1 θ0 1 2 O M lớn A (θ ,θ ) dS r+ r S x ( M= ∫ ) 0 cosω ( −1 t 2) S 1rr 2 v
5. 3. Ph−ơng pháp đới cầu Frênen 3.1 Định nghĩa, tính chất đới cầu Frênen: λ πRb b+ 3 ΔS = λ θ 2 λ R+ b R b + Σ3 2 Σ0 Rbλ Σ1 r = k O M k Σ B b R+ b Σ4 2 λ b+ 2 2 k=1, 2, λ 1 b+ 4 a tỷ lệ nghịch với θ: a =( a + a2 ) a > a > a > > a > k 2 k− 1 k + 1 1 2 3 n Hiệu quang lộ AS từ 2 đới cầu liên tiếp ΔL=λ/2 Biên độ sáng tại M: a=a1-a2+ a3-a4 ± an + n lẻ, - n chẵn
6. 3.2. Nhiễu xạ qua lỗ tròn gây bởi nguồn điểm : n ầ ởg Có n đới cầu, Biên độ sáng tại M R ± O M a=a1-a2+ a3-a4 an + n lẻ, - n chẵn a a a a a a = +a 1 −( 1 a +3)( +3 a −)5 + n + ± 2 2 2 2 2 4 2 2 a a a=1 ± n + n lẻ, - n chẵn 2 2 a 2 2 1 Nhiều đới cầu a ->0 => I =a I0 = n 0 4 Chứa số lẻ đới cầu a a =I(1 +)I n 2 > 2 2 0
7. a a Chứa số chẵn đới cầu =I(1 −)I n 2 I =0 2 2 n=1 => I1=a1 =4I0 3.3. Nhiễu xạ qua đĩa tròn: m+3 Đĩa bán kính r che mất m+1 0 0 M m đới cầu. AS từ đới r O cầu m+1 chiếu tới M a = a -a + a - m+2 m+1 m+2 m+3 a a a a a =a +m+ 1( − m+ 1a +m+ )( 3 +m+ 3 a −m+) 5 + + 2 2 m+ 2 2 2 m+ 4 2 a a = m+ 1 2
8. Che các đới cầu (hoặc chẵn hoặc lẻ) để tăng c−ờngđộsáng a=a1-a2+ a3-a4 ± an -> a=a1+ a3 +alẻ 4. Nhiễu xạ gây bởi các sóng phẳng AB=b δ A ϕ M 4.1.Qua một khe hẹp Bề rộng O F mỗi dải δ=λ/2sinϕ B Σ I1 I 0 Số dải 0 Σ b 2 b sinϕ 4 Σ2 Σ λ/2 1 n = = Σ3 /λ 2 sin ϕ λ Hiệu quang lộ giữa 2 tia từ 2 dải liên tiếp:
9. Chúng dập tắt nhau từng đôi một ΔL=λ/2 2 b sinϕ Điều kiện cực tiểu: M tối n = =2 k λ λ sinϕ = k k = ±1, ±2 Trừ k=0 b Điều kiện cực đại: M sáng 2 b sinϕ λ n = =2 ksin + 1 ϕ = ( 2 k + 1 ) λ 2 b k = 1, ±2, ±3 Trừ k=0 vμ k=-1 ứng với k=0, -1 trùng với ựcc đại giữa
10. sinϕ=0 cực đại giữa I0 λ λ λ sinϕ =, ± ± 2 ,± 3 b b b I1 I2 có các cực tiểu λ λ λ λ λ λ sinϕ sinϕ = ± 3,± 5 , − 2 − O 2 b b b 2 b 2 b b 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 c−ờng độ gấp trăm lần các cực đại bên.
11. 4.2. Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp. Cách tử dsinϕ d>b>λ λ d b sinϕ = k M b ϕ F Có các cực tiểu hính.c ốc nb â h P C− /ờng N độ sáng IE giữa hai ựcc tiểu hính:c Hiệu quang lộ giữa 2 tia t−ơng ứng từ 2 khe liênL tiếp L− = d sinϕ = λ k λ 1 2 sinϕ = k có các cực đại chính. d k =0, ±1, ±2 k=0 cực đại giữa. Giữa các ựcc đại chính óc các cực tiểu tại λ λ d sinϕ = ( 2 k +sin 1ϕ ) = ( 2 k + 1 ) 2 2 d
12. d=3b Hai tia từ 2 khe liên tiếp λ/d khử lẫn nhau -> tối -λ/b 0 λ/b còn tuỳ thuộc vμo số khe N kλ/d N=1-> 1 Cực đại giữa N=2 -> Các cực đại chính Sinϕ & Cực tiểu (2k+1)λ/2d N=3-> 1 Cực đại phụ: N-2. 2 cực tiểu phụ: N-1. N nhiều: Các cực đại nét
13. • Cách tử nhiễu xạ: Tập hợp các khe hẹp giống nhau cách đều nhau vμ cùng nằm trên mặt phẳng: d chu kì Cách tử truyền qua: Kính rạch n=1/d d 500 - Cách tử phản xạ: 1200/mm Kim loại Rạch Kĩ thuật quang khắc
14. • Nhiễu xạ ánh sáng trắng qua cách tử 0,4μm ≤ λ ≤ 0,76μm Tím, Chμm, Lam, Lục,Vμng,Da cam, Đỏ Vân trắng trung tâm Khoảng tối k=2 k=4 7 mầu,k=1 k=3 • Nhiễu xạ trên tinh thể Hiệu quang lộ 2 tia Tia X có λ~10-10m ΔL=2dsinθ=kλ θ λ d~3.10-10m sinθ = k 2 d Công thức Wulf-Bragg
15. tia x, e,n Zn Debye (111)Si mẫu tinh thể Phim
16. • 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 đ−ợc hoặc của góc nhỏ nhất giữa 2 tia tới 2 điểm còn phân biệt đ−ợc. 9Nhiễu xạ qua lỗ tròn của dụng cụ → điểm trên vật → vệt sáng trong dụng cụ C−ờngđộsáng 2 điểm còn 2 điểm không trong ảnh của phân biệt đ−ợc phân biệt đ−ợc một điểm
17. Năng suất phân ly của dụng cụ quang học bằng nghịch đảo khoảng cách nhỏ nhất giữa 2 điểm (= bán kính của 1 vết ) thị kính ắ Kính hiển vi: Vật kính n sin u S = 0 , 61λ n- chiết suất của môI tr−ờng, u- góc nghiêng lớn nhất của chùm sáng chiếu vμo vật kính, λ-b−ớc sóng ánh sáng 1 d ắ Kính thiên văn: S = = ε1 , 22 ' d- đ−ờng kính của kính vật