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

Bi giảng Vật lý đại cơng
Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn
Viện Vật lý kỹ thuật
Trờng ĐH Bách khoa H nội
Ch−¬ng 4
NhiÔu x¹ ¸nh s¸ng
1. Hiện tợng
nhiễu xạ ánh
sáng
l hiện tợng tia sáng lệch khỏi phơng truyền
khi đi gần chớng ngại
ảnh
nhiễu
xạ
Tia sơ cấp , tia nhiễu xạ
góc nhiễu xạ

Lỗ to
Lỗ nhỏ
2. Nguyªn lý Huyghen - Frenen
BÊtk×®iÓmnμomμ AS truyÒn qua ®Òu trë thμnh
nguån s¸ng thø cÊp ph¸t AS vÒ phÝa tr−íc nã.
Biªn ®é vμ pha cña nguån thø cÊp lμ biªn ®é vμ
pha cña nguån thùc g©y ra t¹i vÞ trÝ cña nguån
thø cÊp
MO
dS
θ
0
θ
S

r
1
r
2
Biªn ®é tõ dS chiÕu ®Õn M
21
0
rr
dS),(A
)M(a
θ
θ
=
θ,θ
0
cμng
nhá A cμng
lín
)
v
rr
t(cos
rr
dS),(A
)M(x
21
S
21
0
+

−ω
θ
θ
=
∫
3. Phơng pháp đới cầu Frênen
O
M
B
Hiệu quang lộ AS từ 2 đới cầu liên tiếp L=/2
R
b
2
b

+
2
3b

+
2
4b

+
2
2b

+

0

1

2

3

4

+

=
bR
Rb
S
k
bR
Rb
r
k
+

=
k=1, 2,
a tỷ lệ nghịch với :
a
1
> a
2
> a

3
> > a
n
>

)aa(
2
1
a
1k1kk +
+=
Biên độ sáng tại M:
a=a
1
-a
2
+ a
3
-a
4
a
n

+ n lẻ, - n chẵn
3.1 Định nghĩa, tính chất đới cầu Frênen:
3.2. Nhiễu xạ qua lỗ tròn gây bởi nguồn điểm
ởgần:
M
O
R

Có n đới cầu, Biên độ sáng tại M
a=a
1
-a
2
+ a
3
-a
4
a
n
+ n lẻ, - n chẵn
2
a
)
2
a
a
2
a
()
2
a
a
2
a
(
2
a
a

n
5
4
33
2
11
+++++=
+ n lẻ, - n chẵn
2
a
2
a
a
n1
=
Nhiều đới cầu a
n
->0 => I
0
=a
2
4
a
I
2
1
0
=
Chứa số lẻ đới cầu
0

2
n1
I)
2
a
2
a
(I >+=
Chøa sè ch½n ®íi cÇu
0
2
n1
I)
2
a
2
a
(I <−=
n=2 => I
2
=0
n=1 => I
1
=a
1
2
=4I
0
3.3. NhiÔu x¹ qua ®Üa trßn:
M

O
m+1
m+2
m+3
r
0
§Üa b¸n kÝnh r
0
che mÊt
m ®íi cÇu. AS tõ ®íi
cÇu m+1 chiÕu tíi M
a = a
m+1
-a
m+2
+ a
m+3
-
)
2
a
a
2
a
()
2
a
a
2
a

(
2
a
a
5m
4m
3m3m
2m
1m1m
++−++−+=
+
+
++
+
++
2
a
a
1m+
=
Che các đới cầu (hoặc chẵn hoặc
lẻ) để tăng cờngđộsáng
4. Nhiễu xạ gây bởi các sóng phẳng
M

0

1

2

3

4
O
F
I
0
I
1
B
A

AB=b
Bề rộng
mỗi dải
=/2sin

Số dải


=

=
sinb2
sin2/
b
n
Hiệu quang lộ giữa 2 tia từ 2 dải liên tiếp:
/2

a=a
1
-a
2
+ a
3
-a
4
a
n
-> a=a
1
+ a
3
+a
lẻ
4.1.Qua một khe hẹp
ΔL=λ/2
Chóng dËp t¾t nhau tõng ®«i mét
§iÒu kiÖn cùc tiÓu: M tèi
k2
sinb2
n =
λ
ϕ
=
b
ksin
λ
=ϕ

k = ±1, ±2 Trõ k=0
§iÒu kiÖn cùc ®¹i: M s¸ng
1k2
sinb2
n +=
λ
ϕ
=
b2
)1k2(sin
λ
+=ϕ
k = 1, ±2, ±3 Trõ k=0 vμ k=-1
øng víi k=0, -1 trïng víi cùc ®¹i gi÷a
b

b
2


b
2

b


I
0
I
2

I
1
sin
O
sin=0 cực đại giữa

b
3,
b
2,
b
sin





=
có các cực tiểu
,
b2
5,
b2
3sin



=
có các cực đại
Tỷ lệ I

0
:I
1
:I
2
: I
3
=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 cờng độ gấp trăm lần các
cực đại bên.
4.2. NhiÔu x¹ qua nhiÒu khe hÑp. C¸ch tö
d
b
M
F
EI
dsinϕ
ϕ
b
ksin
λ
=ϕ
Cã c¸c cùc tiÓu chÝnh.
N/CPh©nbèc−êng ®é s¸ng
gi÷a hai cùc tiÓu chÝnh:
HiÖu quang lé gi÷a 2 tia t−¬ng øng tõ 2 khe
liªn tiÕp

λ
=
ϕ
=
−
ksindLL
21
d
ksin
λ
=ϕ
k =0, ±1, ±2 k=0 cùc ®¹i gi÷a.
cã c¸c cùc ®¹i chÝnh.
Gi÷a c¸c cùc ®¹i chÝnh cã c¸c cùc tiÓu t¹i
2
)1k2(sind
λ
+=ϕ
d2
)1k2(sin
λ
+=ϕ
d>b>λ
Hai tia tõ 2 khe liªn tiÕp
khö lÉn nhau -> tèi
cßn tuú thuéc vμo sè khe N
N=1-> 1 Cùc ®¹i gi÷a
N=2 -> C¸c cùc ®¹i chÝnh
N=3-> 1 Cùc ®¹i phô: N-2.
2 cùc tiÓu phô: N-1.

& Cùc tiÓu
N nhiÒu: C¸c cùc ®¹i nÐt
kλ/d
(2k+1)λ/2d
d=3b
Sinϕ
λ/d
0
-λ/b λ/b
Tập hợp các khe hẹp giống nhau cách đều nhau
v 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
-10
m
θ
HiÖu quang lé 2 tia
ΔL=2dsinθ=kλ

d2
ksin
λ
=θ
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
-10
m
(111)Si
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 đợc hoặc của góc nhỏ
nhất giữa 2 tia tới 2 điểm còn phân biệt đợc.
9Nhiễu xạ qua lỗ tròn của dụng cụ điểm trên
vật vệt sáng trong dụng cụ
Cờngđộsáng
trong ảnh của

một điểm
2 điểm còn
phân biệt đợc
2 điểm không
phân biệt đợc
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:

=
61,0
usinn
S
Vật kính
thị kính
ắ Kính thiên văn:
n- chiết suất của môI trờng, u- góc nghiêng lớn
nhất của chùm sáng chiếu vo vật kính, -bớc
sóng ánh sáng
'22,1
d1
S =

=
d- đờng kính của kính vật