圆孔衍射、X射线衍射、偏正光剖析.ppt

国防安检 * 1、实验装置 S * 由第一暗环围成的光斑称为爱里斑。 爱里斑 一、圆孔夫琅和费衍射 10-3 圆孔衍射 2、圆孔衍射光强分布 第一级暗环的衍射角满足：（半角宽度） sin θ 1 = 1.22 D λ 0.61 R λ = λ λ λ 0 I R R R 0.610 1.619 1.116 sin θ 爱里斑占整个入射光束总光强的84% 几何光学 : 物点 ? 象点 物(物点集合) ? 象(象点集合) (经透镜) 波动光学 : 物点 ? 象斑 物(物点集合) ? 象(象斑集合) (经透镜) 距离很近的两个物点的象斑有可能重叠，从而分辨不清。 在光学成象问题中，有两种讨论方法： 圆孔的夫琅禾费衍射 二、光学仪器的分辨率 点光源经过光学仪器的小圆孔后，由于衍射的影响，所成的象不是一个点而是一个明暗相间的圆形光斑。中央最亮的亮斑即为爱里斑。 s 1 s 2 φ δ φ δ D * * 爱里斑 1、瑞利判据：如果一个点光源的衍射图象的中央最亮处刚好与另一个点光源的衍射图象第一个最暗处相重合，认为这两个点光源恰好能为这一光学仪器所分辨。 φ δ 恰 能 分 辨 不 能 分 辨 能 分 辨 s 1 s 2 φ δ φ δ D * * 圆孔衍射的第一级极小值由下式给出： 最小分辨角为： 在恰能分辨时，两个点光源在透镜前所张的角度，称为最小分辨角 。 光学仪器分辨率 提高分辨率途径 由瑞利准则，最小分辨角： 定义光学仪器分辨率为： 光学镜头直径越大，分辨率越高。 一般天文望远镜的口径都很大，世界上最大的天文望远镜在智利，直径16米。 美国最大的望远镜直径为200英寸，在帕洛玛山。 哈勃望远镜可看到“可测”宇宙中97％的天体。 地面观测 用哈勃望远镜观测 哈勃望远镜观察到新星的诞生 采用波长较短的光，也可提高分辨率。 电子显微镜用加速的电子束代替光束，其波长约 0.1nm， 可以用它来观察分子结构。 光学显微镜 0.2 ?m 电子显微镜 扫描隧道显微镜 分辨率比较： 电子显微镜拍摄的物质结构照片 硅表面硅原子的排列 砷化镓表面砷原子的排列 碘原子在铂晶体上的吸附 扫描隧道显微镜拍摄的照片 衍射条纹是明暗相间同心圆环 中央亮纹：爱里斑 集中大部分能量 角宽度为其余明纹2倍 半角宽度： 小结：圆孔夫琅和费衍射 瑞利准则： 第一个象的爱里斑边沿与第二个象的爱里斑中心重合——恰能分辨 最小分辨角： 分辨率： 例题 通常亮度下, 人眼瞳孔的直径D=3mm，同学们最多坐多远，才不会把黑板上写的相距1cm的等号“=”号看成是减号“-”？ ?? 图20-37 人眼 d L 等号 解 只需“=”号对人眼所张的角?最小分辩角就行。 由图15-20可知 取?=5500?，有 (人眼的最小分辩角) 由上式算得：d =45.5m。 § 15.4 光的夫琅和费衍射（续） 一. 单缝夫琅和费衍射 二. 圆孔夫琅和费衍射 三. 光栅夫琅和费衍射 四. 晶格衍射（X光衍射） 1895年11月8日德国物理学家伦琴在阴极射线实验中，偶然发现附近桌上的荧光屏上发出了光，伦琴用一张黑纸挡住管子，荧光仍存在，而用一片金属板就挡住了，他称这种射线为 X 射线。 伦琴（1845——1923） 1895年12月28日： 发表《关于一种新射线》，引起轰动，影响深远。 1895年12月22日：伦琴拍摄历史上第一张X射线照片----他夫人手的照片（现在保存在慕尼黑德国国家博物馆）。 X射线特点：不带电，穿透本领强。 许多科学家（史密斯、汤姆孙）都遇到过类似情况，但错过机遇。 在医学、工业技术中广泛应用。 导致放射性发现。 打开晶体结构研究的大门。…… 由于X射线的发现具有重大的理论意义和实用价值，伦琴于1901年获得首届诺贝尔物理学奖。 X 射线的本质是什么？－－科学史上的一场激烈论争。 1912年，德国慕尼黑大学物理学讲师劳厄完成判决性实验：用晶体作天然光栅进行X射线衍射实验 一箭双雕：既证明了X射线的波动性，又肯定了晶体空间点阵理论，荣获1914年诺贝尔物理学奖。 （1879-1960） X 射线本质：原子内层电子跃迁或加速器中电子运动产生的电磁波。 劳厄实验：用晶体作天然光栅进行X射线衍射 晶体点阵：其尺度可与X射线波长相比拟 晶体：三维结构～空间立体光栅 X射线管 铅板 闪锌矿晶体 底片 劳厄斑 曝光数小时 衍射斑强度同时与X射线能量和反射面的有效原子密度有关。 英国物理学家 亨利.布拉格（1862－1942）， 劳伦斯.布拉格（1890－1971 ） 父子获1915年诺贝尔物理奖。 晶格常数 掠射角 理论解释：布拉格公式