第29讲 光栅衍射.ppt

北京天文台的米波综合孔径射电望远镜，由28个基元组成。ν=2.32×108Hz，工作时各天线的作用等效为间距d = 6m，总数为 192 个天线的一维阵列，求主极大角宽度。 解： 普通物理学教案 例题7 ： 是月亮视角的五分之一 澳大利亚悉尼大学的干涉射电望远镜阵列 N = 32； d = 7m; λ=0.21m， 东西向排列，利用地球自转作为扫描机制。 由主极大条件 若 只有 k = 0 能够满足 这时只有一个高度定向的零级主极大出现 考察彼此间相隔为一个原子直径的电子振子构成的理想化“线光源”模型，可以预计，由它发射的光场，只有一个主极大。 在上述阵列的每个天线中引入一个固有相位差 这时 零级主极大将出现在新的角度上 调节ε可使这个零级主极大在选定的方向上扫描 如果再将天线排成二维方阵，则发射的定向电磁波可在纵横两个方向上扫描。这种装置已成为反弹道导弹系统必不可少的预警、跟踪、指挥系统的重要组成部分。尤其在探测、跟踪具有高机动性的巡航导弹上，能够发挥很大作用。 相控阵雷达 微波源 移 相 器 辐射单元 d ? n ? 靶目标 实际的相控阵雷达是由多个辐射单元组成的平面阵列，以扩展扫描范围和提高雷达束强度。 扫描方式 用电子学方法周期性地连续改变相邻辐射单元的相位差?? ， 则 0 级主极大的衍射角? 也连续变化，实现扫描。 相位控制扫描： 频率控制扫描： 固定相邻辐射单元的相位差??，连续改变入射波长? 来改变主极大的衍射角? ，从而实现扫描。 有源相控阵雷达 有源相控阵雷达是在天线阵面上装入许多由固态放大器与移相器组成的收发组件，天线不仅利用移相器控制电磁波的辐射方向，而且还具有放大信号的作用，故被称为有源相控阵雷达。 无源相控阵雷达的行波管发射机出现故障时，整个雷达就不能工作。有源相控阵雷达的固态放大器则可靠性和稳定性要好得多，即使有 5％ 的收发组件出现故障，也不会影响雷达的性能和功能。它还克服了行波管发射机的功率限制问题，可以有更远的作用距离、更短的驻留时间，从而实现高数据率，抗干扰的性能也可以得到改善。 相控阵雷达的主要功能 无机械惯性，可高速扫描，一次全程扫描仅需几 微秒。 由计算机控制可形成多种波束，同时有哪些信誉好的足球投注网站、跟踪 多个目标。 不转动、天线孔径可做得很大，从而有效地提高 辐射功率、作用距离、分辨率… 抗打击性好，即使局部损坏了，整体还可正常使 用，只是分辨率可能会下降一些； 相控阵雷达的优点 国产车载相控阵雷达 国产超远程预警雷达7010 * 任何一种衍射单元周期性的、取向有序的重复排列所形成的阵列，统称为光栅 （grating） 。 13.3 光栅衍射 一、光栅 一维光栅 二维光栅 三维光栅 平行多缝 平面网格 晶体点阵 按衍射单元的阵列形式，有不同结构的光栅。 一维光栅可用金刚石尖端在玻璃板或金属板上刻划等间距的平行细槽的方法制成。 透射式 反射式 这种透射式光栅如同多缝装置，这两种光栅的工作原理都是通过衍射单元造成光强的突变，因而都属于振幅型光栅。 经过这样的光栅元件，相邻光束在不同的衍射方向上就会形成固定的相位差，产生衍射效应。 振幅型光栅 单色光在光栅上的衍射 光盘的凹槽形成一个反射光栅，在白光下能观察到入射光被分离成彩色光谱。 蝴蝶身上层叠的细微鳞片、鸟羽细密的羽管都形成了天然的反射光栅。 山魈皮肤中的胶原纤维排列方式有放大蓝光的效果 用激光的双光束干涉花样来代替刀具刻痕，可充分利用这种干涉条纹的等宽等间距特点。 对干涉条纹照相，再将底片冲洗漂白，这样的胶片（厚度周期性变化）就形成相位型光栅。 相位型光栅 如果透光材料的厚度周期性地变化，就对空间不同点的透光束造成相位的周期性变化，从而形成特别的衍射效果。 大口径全息光栅 其沟槽的部分显微照片 全息光栅 全息照相记录的实际上是干涉条纹 扫描隧道显微镜下观察到的理想二维光栅 精制的光栅，在1cm 内的刻痕可以达到一万多条以上。其制作工艺非常精湛，造价当然非常昂贵。 d = a + b 数量级为 10-5 ~ 10-6m 光栅常数d ：即光栅上每个狭缝的宽度 a 和相邻两缝间不透光部分的宽度 b 之和。 是表征光栅性能的一个重要物理量 二、光栅衍射 ? 一束平行单色光垂直照射在一块光栅上，光栅常数为 d ，光栅的总缝数为N 。通过每一狭缝向不