《光的衍射4717527》-精选·课件.ppt

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二.光学仪器的分辨率(本领) 附:双缝衍射 3. 既考虑干涉又考虑衍射 5.光线斜入射时的光栅方程 解:将输出口看成单缝, 则衍射波的能量主要在中央明纹区,即雷达监视范围. 例2 如图所示,一雷达位于路边15m处,它的射束与公路成15°角.假如发射天线的输出口宽度a=0.10m,发射的微波波长是18mm,则在它监视范围内的公路长度大约是多少? d a β s2 θ ? 150 s1 由一级暗纹条件: a sinθ = λ 由几何关系 圆孔夫琅和费衍射 一、圆孔衍射 第一暗环所围成的中央光斑称为爱里斑 爱里斑半径d 对透镜光心的张角称为爱里斑的半角宽度 物点 ? 象斑 物(物点集合) ? 象(象斑集合) ( 经透镜 ) 几何光学 : 波动光学 : 1.几何光学与波动光学的区别 物点 ? 象点 物(物点集合) ? 象(象点集合) (经透镜) 不考虑爱里斑 考虑爱里斑 2.光学仪器的透镜相当于一个圆孔. 3.只能用波动的观点讨论物点的成象. 每一物点成象都有一个爱里斑,有可能两个爱里斑重合而使屏上的象不能分辨. 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。 S1 S2 D * * 爱里斑 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 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。 恰 能 分 辨 能 分 辨 不 能 分 辨 s 1 s 2 ?0 ?0 D * * D为光学仪器的透光孔径 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 ,等于爱里斑的半角宽度。 最小分辨角的倒数 称为光学仪器的分辨率 分辨本领(率) 显微镜: 望远镜: λ不可选择,可使D↑ → R↑ D不会很大,可使λ↓ → R↑ 一般天文望远镜采用直径很大的透镜. I D * * S1 S2 0 ?0 例题1 在通常的亮度下,人眼瞳孔的直径约为3mm.问人眼的最小分辨角为多大?如果黑板上有两根平行直线,相距1cm,问离黑板多远恰能分辨? 解:已知人眼最灵敏的波长为550nm,由最小分辨角 设人离黑板的距离为d θ0 l d 例题2 毫米波雷达发出的波束比常用的雷达波束窄,这使得毫米波雷达不易受到反雷达导弹的袭击.(1)有一毫米波雷达,其圆形天线直径为55cm,发射频率为220GHz的毫米波,试计算其波束的角宽度;(2)将此结果与普通船用雷达发射的波束的角宽度进行比较,设船用雷达波长为1.57cm,圆形天线直径为2.33m. 解:(1)圆形天线发射可看成是圆孔的衍射波,能量集中在爱里斑区 已知雷达波的波长为 (2)船用雷达波束的角宽度为 可见,毫米波雷达波束角宽度小. 其爱里斑的角宽度为 衍射对双缝干涉的影响 I0 0 I 两个缝的衍射图样完全相同,且位置是相重叠的. 1.只考虑干涉时, 双缝干涉的光强分布图: λ θ a d f 透镜 I θ θ 衍射光相干叠加 2.只考虑单缝衍射时,的光强分布图: 设每缝缝宽为a 只考虑上缝 只考虑下缝 双缝干涉条纹各级主极大的强度不再相等,而受衍射的调制.在d =2a双缝干涉光强受衍射调制如下图 I 3级 0级 1级 -1级 -3级 缺2级 缺-2级 单缝衍射光强 0 特点:双缝干涉仍为明暗相间的条纹,而单缝衍射调制其光强。 结论:双缝衍射是单缝衍射和双缝干涉的总效果. 光栅衍射 X射线衍射 光栅:具有周期性结构或光学性能的衍射屏(大量等间距、等宽度的平行狭缝所组成的光学元件) 。 用于透射光衍射的叫透射光栅。 用于反射光衍射的叫反射光栅。 光栅常数:a+b 数量级为10-5~10-6m a b x f 0 屏 ? a b + ? ? 衍射角 (a+b) sin ?——相邻两缝光线的光程差 一 光栅衍射 光栅的衍射规律 光栅每个缝形成各自的单缝衍射图样。 光栅衍射条纹是单缝衍射与多缝干涉的总效果。 光栅缝与缝之间形成的多缝干涉图样。 1、光栅方程 主极大 任意相邻两缝对应点在衍射角为? 方向的两衍射光到达P点的光程差为(a+b)sin ? 光栅方程 光栅衍射明条纹位置(主极大)满足: (a+b)sin ? =k? k=0,±1, ±2, ±3 · · · 2、暗纹 暗条纹是由各缝射出的衍射光因干涉相消形成的。 在两个相邻主极大之间,分布着N-1条暗条纹和 N-2条次级大条纹。 光栅衍射是单缝衍射和缝间光线干涉两种效应 的叠加,亮纹的位置决定于缝间光线干涉的结果。 3、单缝对光强分布的影响 4、缺级现象 a sin ? =k?

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