第17讲 圆孔衍射,分辨率,x射线衍射.ppt

* 第17讲 圆孔,x射线衍射 圆孔衍射， 光学仪器分辨率， x射线衍射 平行光通过圆孔经透镜会聚，照射在焦平面处的屏幕上，也会形成衍射图样。 衍射图样是一组同心的明暗相间的圆环，中央处是一个亮圆斑。 中央明区集中了衍射光能的 83.5% 一、圆孔夫琅禾费衍射 爱里斑 圆孔衍射 圆孔衍射 光强分布 1 0 夫琅禾费圆孔衍射光强分布* 爱里斑 第一暗环所围成的中央光斑称为爱里斑。 第一暗环对应的衍射角 称为爱里斑的半角宽， 经圆孔衍射后，一个点光源对应一个爱里斑。 ：艾里斑直径 按照波动光学的观点，透镜相当于一个圆孔，由于衍射的存在，一个物点通过透镜所成的像，不是一个几何点像，而是一个有一定大小的爱里斑。 大多数光学仪器所用透镜的边缘都是圆形，圆孔的夫琅和费衍射对成象质量有直接影响。 一一对应 几何光学: 物点 像点 一一对应 波动光学: 物点 像斑 光学仪器对点物成像，是一个有一定大小的爱里斑。 光学仪器的分辨本领 两个物点通过透镜所成的像，就是两个爱里斑。 瑞利给出恰可分辨两个物点的判据。 若两物点距离很近，对应的两个爱里斑可能部分重叠而不易分辨。 S1 S2 光学仪器对点物成像，是一个有一定大小的爱里斑。 1、瑞利判据 对于两个强度相等的不相干的点光源 (物点) ，一个点光源的衍射图样的主极大刚好和另一点光源衍射图样的第一极小相重合，这时两个点光源（或物点）恰为这一光学仪器所分辨。 * * 2、光学仪器的分辨本领 （两光点刚好能分辨） 光学仪器的通光孔径 　　满足瑞利判据的两物点间的距离，就是光学仪器所能分辨的最小距离。此时，两个物点对透镜中心所张的角，称为最小分辨角。 光学仪器分辨率 光学仪器的最小分辨角越小，分辨率就越高。 对望远镜，? 不变，尽量增大透镜孔径 D，以提高分辨率。 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，由4片透镜组成。 对显微镜，主要通过减小波长来提高分辨率。电子显微镜用加速的电子束代替光束，其波长约 0.1nm，用它来观察分子结构。 荣获 1986 年诺贝尔物理学奖的扫描隧道显微镜最小分辨距离已达 0.01 ?，能观察到单个原子的运动图像。 提高光学仪器分辨本领的两条基本途径： 1990 年发射的哈勃 太空望远镜的凹面物镜 的直径为2.4m ，最小分 辨角 ，在大气层 外 615km 高空绕地运行 , 可观察130亿光年远的太 空深处, 发现了500 亿个 星系。 解（1） （2） 例：设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm，而在可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，问： （1）人眼的最小分辨角有多大？ （2）若物体放在距人眼25cm（明视距离）处，则两物点间距为多大时才能被分辨？ 眼睛的最小分辨角为 设人离车的距离为 S 时，恰能分辨这两盏灯。 取 解： d =120 cm S 由题意有 观察者 在迎面驶来的汽车上，两盏前灯相距120 cm ，设夜间人眼瞳孔直径为5.0 mm ，入射光波为 550 nm。 例： 人在离汽车多远的地方，眼睛恰能分辨这两盏灯？ 求： 　　德国实验物理学家，1895年发现了X射线，并将其公布于世。历史上第一张X射线照片，就是伦琴拍摄他夫人的手的照片。 　　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。 伦 琴 （W. K. Rontgen， 1845-1923） X 射线的衍射 劳厄（M. V. Laue，1879-1960） 德国物理学家，发现 X射线的衍射现象，从而判定X射线的本质是高频电磁波。1904年，他因此获得诺贝尔物理学奖。 布拉格父子（W. L. Bragg，子、W. H. Bragg，父） 英国物理学家，在利用X射线研究晶体结构方面作出了巨大的贡献，奠定了X射线谱学及X射线结构分析的基础。他们因此而于1915年共同获得诺贝尔物理学奖。 　1895年伦琴发现，高速电子撞击金属时，会产生一种人眼看不见，却能使照相底片感光，且穿透性很强的射线，称为Ｘ射线。 X 射线 冷却水 Ｘ射线实际上是一种波长很短的电磁波。 一、X 射线 　　第一,它迅速被用于外科诊断,X射线发现后的第4天,美国人就用于透视脚部弹片的位置。后来又应用到冶金学，成为研究晶体物质结构的一种手段。第二，Ｘ射线被誉为“领路鸟”，它的发现导致了元素放射性和电子的发现。　 Ｘ射线的特点： （１）这种射线能激发荧光物质发光。 （２）能通过