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巴俾涅原理和应用 光学工程中心 巴俾涅原理和应用 概述 巴俾涅原理 巴俾涅应用 巴俾涅原理 (1) 互补屏(Complementary Screen) 巴俾涅原理 假设U1(P)和U2(P)分别为Σ1和Σ2单独放在光源和观察平面之间时，观察平面上P点的光场复振幅，U0(P)表示无衍射屏时P点的光场复振幅。根据惠更斯－菲涅耳原理， U1(P)和U2(P)可以表示成对Σ1 和Σ2开孔部分的积分。而两个开孔部分的叠加就相当于没有光屏。因此有： U0(P)＝ U1(P)＋U2(P) 从该公式我们可以看出。 这两个互补屏在 衍射场中某点单独产生的光场复振幅之和等于无衍射屏，光波自由传播时在该点产生的光场复振幅——巴俾涅原理(1837) (Babinet principle) 巴俾涅原理 两个有用的结论 巴俾涅应用 巴俾涅原理对这样一类光学系统特别有意义，即衍射屏是采用点光源照明，其后装有光学成像系统，而在光源的几何像平面上接收衍射图样。这时，自由光场的传播是服从几何光学规律的，它在像平面上除像点外处处是零。 利用巴俾涅原理很容易由圆孔，单缝的夫朗和费衍射特性得到圆盘和窄带的夫朗和费衍射图样。 巴俾涅应用 例如单色平面波照明单缝的夫朗和费衍射装置，如果将单缝衍射屏换成同样宽度的不透光窄带，则在偏离衍射图样中央的地方，将有与单缝衍射类似的衍射图样。这是由于存在互补屏，在观察屏上，除中央点外均有U0(P)＝0，所以根据巴俾涅原理，除中央点外，单缝和窄带衍射图样相同。 由此在窄带衍射中，如果测出了衍射暗条纹的间距，就可以计算出窄带的宽度。e=f×λ/D. 如果将上面的窄带换成细丝，就可以作为激光细丝测径仪。目前，已把细丝测径仪用于细丝的生产过程作连续的动态监测。 巴俾涅应用 巴俾涅应用 巴俾涅应用 在医学中，巴俾涅原理也有广泛的应用。基于圆孔衍射原理，根据细胞的形态学特征，可以鉴别活细胞、凋亡细胞、坏死细胞的方法。用此方法可方便地得出样品中细胞的状态、大小、数量及数量比等参数。 方法原理简单、可操作性强，且同时可得到不同状态细胞的数量(从而数量比)及细胞的大小。用这种方法对生物组织或细胞液进行连续跟踪鉴别，就可得知其内部细胞的凋亡速度和增殖速度。 D=0.61λ/R*f (4) 其中λ为入射激光波长，R为细胞半径(高等动物细胞的直径一般在20 μm- 30 μ m ),f为透镜焦距。由(4)式可得: ( 1)考虑到R为入的10 } 25倍，则D大致是f的1 /50-1 /20使得衍射屏上图像可直接分辨。假设入射光为He-Ne激光发出，波长是632.8 nm,细胞半径为10 μ m，透镜焦距取1 m,代入(4)式可得像屏上细胞衍射像的中央亮斑的直径D约为4 cm; (2)亮斑的形状近似为细胞的放大图形，细胞线度R越大，则亮斑直径越小，可从图像直接鉴定三种状态的细胞。坏死细胞由于肿胀，体形最大，则亮斑直径最小，凋亡细胞固缩日_有突起，则亮斑最大且图像也有毛刺; (3)测出中央亮斑的直径D，代入(4)式就能求得细胞的半径。 为减少误差，在光学参数完全不变的条件下，经过多次取样测量，比较衍射图样，根据细胞形态学特征就能统计得出所测细胞中活细胞、凋亡细胞和坏死细胞的数量百分比，再根据标准滴管中一滴细胞液的体积与样品总体积的关系可计算出细胞液中分别处于三种不同活性状态的细胞数。 * * (1) 若U1(P)＝0，则U2(P)＝ U0(P)。因此，在其中一个衍射光场(或强度)为 零的那些点，在换上它的互补屏时，强度与没有屏时一样。 (2) 若U0(P)=0，则U1(P)=- U2(P).这就意味着在 U0(P)=0处的那些点， U1(P) 和 U2(P) 的位相差为Π, 而其强度I 1(P)=| U1(P)|2 和 I2(P)=| U2(P)|2相等。也就是说，当两个互补屏都不存在时，对光场中 强度为零的那些点，互补屏将产生完全相同的光场分布。 采用单位振幅的单色平面波垂直照明衍射屏。衍射屏 分别为宽度为1mm的单缝和直径为1mm的金属细丝。 振幅分布图 光强分布图 谢谢