- Trang Chủ
- Vật lý
- Bài giảng Vật lý đại cương: Quang học sóng - Nhiễu xạ - PGS.TS. Lê Công Hảo
Xem mẫu
- Quang học sóng – Nhiễu Xạ
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
Chính giữa nền nhiễu xạ có cực đại chính giữa.
Màn quan sát ➢ Xung quanh cực
đại chính giữa có
những vùng sáng
yếu hơn, được gọi
Nguồn phát là cực đại thứ cấp.
Vật chắn
➢ Những vùng tối
Nguồn sáng chiếu qua vật chắn tạo nền
được gọi là cực
nhiễu xạ trên màn quan sát
tiễu nhiễu xạ.
- 2.1. NX FRESNEL
1 – Bố trí thí nghiệm:
R
O
b
R r b
O
M
- 2.1. NX FRESNEL
2 – Phân bố cường độ ảnh nhiễu xạ:
Ảnh nx có tính đối xứng tâm.
Tâm có lúc sáng, lúc tối, tùy theo
bán kính lỗ tròn và khoảng cách từ
lỗ tròn tới màn quan sát.
- 2.1. NX FRESNEL
3 – Giải thích kết quả bằng pp đới cầu Fresnel:
b+3
2
b+2
2
R
b+
2
4 2
O 1 b M
5 3
S0
- 2.1. NX FRESNEL
3 – Giải thích kết quả bằng pp đới cầu Fresnel:
2 kb
rk = R − (R − h k ) = (b + k ) − (b + h k ) h k =
2 2 2 2
2 2(R + b)
Rb
Mk
Sk = h k .2R = k.
R+b
R
rk b+k Diện tích của mỗi đới cầu:
2
hk Rb
S =
O Hk M0 b M R+b
k Bán kính của đới cầu thứ k:
kRb Rb
S0 rk 2Rh k = = k
R+b R+b
- 2.1. NX FRESNEL
3 – Giải thích kết quả bằng pp đới cầu Fresnel:
Biên độ sóng ak do đới thứ k gởi tới
M sẽ giảm dần khi chỉ số k tăng,
Dao động sáng tại M do hai đới
nhưng giảm chậm. Vì thế ta coi ak
kề nhau gởi tới sẽ ngược pha
là trung bình cộng của ak-1 và ak+1.
nhau. Vì thế, biên độ sóng tại M
4 2 là: a M = a1 − a 2 + a 3 − a 4 + ... a n
O 1 b M
5 3
a1 a n (Dấu “+” khi n lẻ;
aM = “-” khi n chẵn)
S0 2 2
- 2.1.NX FRESNEL
Biên độ sóng và cường độ sáng tại M:
2
Số đới Fresnel chứa được
a1 a n a1 a n trên lỗ tròn:
aM = I = aM =
2
2 2 2 2 rn R + b
2
n=
R.b
2
Nếu lỗ tròn quá lớn thì: a
I = a M = 1 = I0
2
4
Nếu lỗ tròn chứa số lẻ 2 (M là
đới cầu Fresnel thì: a1 a n điểm
I = a M = + I0
2
2 2 sáng).
Nếu lỗ tròn chứa số
2 (M là
chẵn đới cầu Fresnel a1 a n
thì: I = a M = − I0
2
điểm
2 2 tối).
- 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 của tia 1-3, 2-4
và 3-5:
a
L = sin
2
Điều kiện để hai tia triệt tiêu
(cực tiểu nhiễu xạ):
a
L = sin =
2 2
hay
sin =
Hiệu quang lộ tia 1 và 3, 2 và 4 hoặc 3 và 5 là
𝑎
sinθ
a
2
- 2.2. NHIỄU XẠ TỪ KHE HẸP
Nếu chia bề rộng khe 2
thành 4 phần bằng sin =
nhau
a
Nếu chia bề rộng khe 3
sin =
thành 6 phần bằng nhau a
ĐIỀU KIỆN CỰC TIỂU NXẠ sin t = m
a
m = 1,2,3,...
sin s = (m + 1 / 2) , (m = 1,2,3,...) ĐIỀU KIỆN CỰC ĐẠI N.XẠ
a
- 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.
sin t = m m = 1,2,3,...
a
- 2.2. NHIỄU XẠ TỪ KHE HẸP
2.2.1. Cường độ sáng của nền nhiễu xạ qua một khe
• 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
= = (L2 − L1 ) = y sin
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
- 2.2. NHIỄU XẠ TỪ KHE HẸP
2.2.1. Cường độ sáng của nền nhiễu xạ qua một khe
Dùng giản đồ vector để tìm cường độ điện trường tổng hợp E
Khi = 0 Khi 0
a = Ny: Bề rộng của khe
N là số vùng
Độ lệch pha giữa tia tại đỉnh và đáy của khe là
Điện trường tại tâm trên màn
2 2
= N = Ny sin = a sin
E 0 = NE
- 2.2. NHIỄU XẠ TỪ KHE HẸP
2.2.1. Cường độ sáng của nền nhiễu xạ qua một khe
Từ hình vẽ, ta thu được: ER / 2
sin =
2 R
Hay, cường độ điện trường tổng hợp thu được:
E0 sin ( / 2 )
ER = 2 R sin = 2 sin = E0
2 2 /2
2 Thu được cường độ ánh sáng tại một điểm trên màn
I~E
sin ( / 2 ) sin (a sin / )
2 2
I = I max I = I max
/2 a sin /
- 2.2. NHIỄU XẠ TỪ KHE HẸP
2.2.2. Cường độ sáng của nền nhiễu xạ qua hai khe
Nền nhiễu xạ qua hai khe
Giao thoa và nhiễu xạ
2
Nền nhiễu xạ qua một khe
- 2.3. ĐỘ PHÂN GIẢI CỦA KHE HẸP VÀ LỖ TRÒN
2.3.1. Đối với khe hẹp ➢ Khi cực đại chính giữa
của một ảnh này rơi
Tiêu chuẩn Rayleigh vào cực tiểu bậc nhất
Phân giải không tốt
của một ảnh khác thì
Phân giải tốt
các ảnh được cho là có
khả năng phân giải
được.
➢Điều kiện cho giới
hạn phân giải này
được gọi là tiêu
chuẩn Rayleigh
- 2.3. ĐỘ PHÂN GIẢI CỦA KHE HẸP
Cực tiểu đầu tiên xuất hiện tại góc: Phân giải tốt Phân giải không tốt
sin =
a
a là bề rộng của khe
Là bước sóng
Trong mọi trường hợp
- 2.3. ĐỘ PHÂN GIẢI CỦA LỖ TRÒN
Độ phân giải nền nhiễu xạ
ứng với góc
min = 1,22
D
D là đường kính lỗ tròn
Chú ý góc nhỏ
nguon tai.lieu . vn