Đang tải... (xem toàn văn)
Trong quang hình học ở môi trường đồng tính, ánh sáng sẽ truyền thẳng. Tuy nhiên thực nghiệm chứng tỏ rằng điều đó không phải bao giờ cũng đúng
CHƯƠNG 18 : I II III HIỆN TƯỢNG NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG NGUYÊN LÍ HUYGENS-FRESNEL PHƯƠNG PHÁP ÐỚI FRESNEL Cách chia đới Tính biên độ tổng hợp Phương pháp giản đồ vectơ IV SỰ NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG Tính số đới Fresnel NHIỄU XẠ CỦA SĨNG CẦU (NHIỄU XẠ FRESNEL) Nhiễu xạ trịn khơng suốt V Nhiễu xạ lỗ tròn Nhiễu xạ mép thẳng khơng suốt NHIỄU XẠ CỦA SĨNG PHẲNG (NHIỄU XẠ FRAUNHOFER) Nhiễu xạ ánh sáng lổ tròn VI Nhiễu xạ khe hẹp Nhiễu xạ ánh sáng nhiều khe Cách tử nhiễu xa MÁY QUANG PHỔ CÁCH TỬ Cấu tạo Các đặc trưng máy quang phổ cách tử I HIỆN TƯỢNG NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG TOP Trong quang hình học mơi trường đồng tính, ánh sáng truyền thẳng Tuy nhiên thực nghiệm chứng tỏ điều khơng phải Xét hai thí nghiệm sau đây: Thí nghiệm 1: Dùng kim khâu đâm thủng lỗ O bìa rọi vào chùm ánh sáng phát từ nguồn S qua thấu kính L (Hình 18.1) Theo định luật truyền thẳng ánh sáng ta quan sát ánh sáng hình nón OAB tia sáng qua mép thấu kính tạo nên Tuy nhiên ta đặt mắt điểm M ngồi xa hình nón nhận ánh sáng từ lỗ O Thí nghiệm : Ðặt đoạn dây kim loại mảnh song song với khe sáng Sau đoạn dây ta đặt quan sát E (Hình 18.2) song song với đoạn dây Theo định luật truyền thẳng miền AB bị che khuất sợi dây phải miền bóng tối hình học ngồi miền phải rọi sáng Tuy nhiên điểm M nằm trục đối xứng AB miền bóng tối hình học, ta thấy có ánh sáng lân cận điểm A B ta lại thấy vân tối sáng Ðiều cho thấy rằng, trường hợp ánh sáng không tuân theo định luật truyền thẳng Tuy nhiên nguyên lí Huygens chưa cho biết cường độ sáng đặt sau vật cản phân bố Ðể giải vấn đề Fresnel bổ sung nguyên lí giao thoa vào ngun lí Huygens lập nên ngun lí Huygens-Fresnel Ðó ngun lí quang học sóng II NGUN LÍ HUYGENS-FRESNEL TOP Nội dung ngun lí sau: Như nguyên lí Huyghen-Fresnel cho phép nghiên cứu cường độ sóng tổng hợp theo phương khác trường hợp sóng ánh sáng truyền tự (truyền thẳng) gặp vật cản (nhiễu xạ) Tuy nhiên việc giải trực tiếp toán phức tạp biên độ pha ban đầu sóng thứ cấp phụ thuộc vào phân bố nguồn nguyên tố d( điểm P Ðể thay cho tính tốn phức tạp, Fresnel đưa phương pháp chia mặt ( thành diện tích d( bé tuỳ ý mà thành đới với điều kiện đặc biệt gọi phương pháp đới Fresnel III PHƯƠNG PHÁP ÐỚI FRESNEL Cách chia đới Tính biên độ tổng hợp TOP TOP Phương pháp giản đồ vectơ TOP Việc khảo sát tác dụng toàn mặt sóng điểm P tiến hành theo cách vẽ Fresnel Ở phương pháp tỏ tiện lợi cần tổng hợp số vơ lớn dao động có hiệu số pha xác định Tính số đới Fresnel IV NHIỄU XẠ CỦA SÓNG CẦU (NHIỄU XẠ FRESNEL) TOP TOP Dùng phương pháp đới Fresnel giải thích tượng nhiễu xạ xuất phần mặt sóng ánh sáng lan truyền bị vật cản chắn lại Bây ta dùng phương pháp đới Fresnel để giải thích tượng nhiễu xạ sóng cầu vật cản có hình dạng khác Hiện tượng nhiễu xạ quan sát gần vật cản lần Fresnel nghiên cứu, nên gọi nhiễu xạ Fresnel Nhiễu xạ lỗ tròn TOP Nếu lỗ nhỏ số đới chia lỗ khơng lớn Theo công thức (18.12) biên độ dao động tổng hợp P cường độ sáng I phụ thuộc vào số đới n chia lỗ chẵn hay lẻ a) Nếu lỗ tròn chứa số lẻ đới, ta có: 10 Nhiễu xạ ánh sáng lỗ tròn TOP 20 Nhiễu xạ ánh sáng nhiều khe Cách tử nhiễu xạ TOP Khi khảo sát nhiễu xạ sóng phẳng khe ta thấy phân bố cường độ sáng quan sát phụ thuộc vào phương chùm tia nhiễu xạ Ðiều có nghĩa dịch chuyển khe song song với bên phải hay bên trái mặt phẳng chứa khe không làm thay đổi ảnh nhiễu xạ Vì ta đặt thêm khe thứ hai, thứ ba v.v có độ rộng a so sánh với khe thứ nhất, ảnh nhiễu xạ khe riêng rẽ hoàn toàn trùng Tuy nhiên ngồi nhiễu xạ khe cịn có giao thoa chùm tia sáng nhiễu xạ từ khe khác nhau, có phân bố lại cường độ sáng quan sát làm cho ảnh nhiễu xạ trở nên phức tạp Ta khảo sát tượng 21 a) Cách tữ nhiểu xạ C) Ðiều kiện cực đại, cực tiểu 22 23 24 Vậy, cực đại hẹp, tích N.b lớn, tức độ rộng cách tử lớn Khi chu kỳ cách tử b cho trước, cực đại nét, số khe N lớn Giữa cực tiểu có cực đại có cường độ bé (gần 0) gọi cực đại phụ Như vậy, hai cực đại kề có (N-2) cực đại phụ 25 Như vậy, theo phương truyền thẳng qua cách tử ta có vạch màu trắng, vân trắng trung tâm 26 Cũng theo (18.40) ta thấy quang phổ bậc hai trở phần đầu quang phổ sau trùng lên phần cuối quang phổ trước Thật vậy, đầu đỏ quang phổ bậc k đầu tím quang phổ bậc (k+1) xác định bởi: trùng lên 0,76k > 0,38(k+1) hay k>1, tức quang phổ bậc k=2 trở Quang phổ bậc cao, tượng trùng lẫn quang phổ nhiều Mặt khác quang phổ bậc cao rộng, sáng Ðể tránh trùng lẫn vạch quang phổ bậc trước với vạch quang phổ thuộc bậc sau, người ta thường dùng quang phổ bậc thấp (bậc hai) Hình 18.24 mơ tả quang phổ ánh sáng trắng dùng cách tử VI MÁY QUANG PHỔ CÁCH TỬ Cấu tạo TOP Sơ đồ quang học máy quang phổ cách tử biểu diễn hình 18.25 Aïnh sáng từ nguồn I tập trung vào khe S máy quang phổ nhờ thấu kính tụ quang L1 Khe S đặt tiêu điểm thấu kính L2 ống chuẩn trực K Ống chuẩn trực cho chùm tia song song đập vào cách tử C đặt bàn quay xung quanh trục thẳng đứng Các chùm tia song song sau nhiễu xạ qua cách tử đập vào thấu kính L3 buồng ảnh P hội tụ tiêu diện E L3, cho ta ảnh S1, S2, S3 khe S thành phần đơn sắc Tập hợp 27 ảnh quang phổ ánh sáng nguồn I phát Mỗi ảnh S2, S2 gọi vạch quang phổ Trong máy quang phổ người ta đặt kính ảnh E để thu quang phổ Nếu khơng đặt kính ảnh mà đặt khe ra, dụng cụ gọi máy đơn sắc Miền hoạt động máy quang phổ cách tử rộng từ tử ngoại chân khơng đến miền sóng milimét, nhờ dùng cách tử có số vạch thích hợp Các đặc trưng máy quang phổ cách tử TOP Ðể so sánh tính máy quang phổ cách tử khác lựa chọn máy quang phổ thích hợp cho mục đích nghiên cứu, ta phải biết đặc trưng chúng a) Ðộ tán sắc D Ðộ tán sắc máy quang phổ đại lượng đặc trưng cho tốc độ biến thiên góc lệch chùm tia sáng máy thay đổi bước sóng Bởi vị trí vạch quang phổ máy xác định phương chùm tia sáng, quan sát hay kính ảnh - khoảng cách vạch, ta đưa vào hai khái niệm tương ứng độ tán sắc: độ tán sắc góc độ tán sắc dài 28 29 Khi tung độ đường cong tổng hợp 0,8 tung độ cực đại đường cong Nếu tiêu chuẩn Rayleigh không thoả mãn khơng thể phân biệt hai vạch riêng rẽ 30 Vậy: cách tử có tổng số vạch N cho trước bậc quang phổ cao, suất phân giải lớn Khác với độ tán sắc phụ thuộc vào số vạch đơn vị chiều dài, suất phân giải tỉ lệ với tổng vạch TRỌNG TÂM ÔN TẬP ***&&&*** Khái niệm nhiễu xạ; Giải thích nhiễu xạ theo Huygens; Phương pháp đới cầu Fresnel; Tính cường độ sáng biên độ tổng hợp; Màn chắn có lỗ trịn hình trịn Khảo sát nhiễu xạ qua khe sóng phẳng; Vị trí cực tiểu cực đại Cơng thức tính độ rộng vân trung tâm Khảo sát nhiễu xạ qua N khe (cách tử nhiễu xạ) sóng phẳng, vị trí cực tiểu cực đại Cơng thức tính độ rộng cực đại CÂU HỎI ĐIỀN THÊM ***&&&*** Sự nhiễu xạ ánh sáng tượng Biểu thức biên độ dao động tổng hợp nhiễu xạ qua đới cầu Fresnel Vị trí điểm mà dao động tổng hợp nhiễu xạ qua khe phẳng có cường độ sáng đạt cực tiểu thỏa điều kiện Các đới cầu Fresnel chia mặt đầu sóng có tính chất Bán kính đới cầu Fresnel tăng lên Nếu khơng có chắn cường độ sáng điểm P (giao điểm trục lỗ tròn ảnh) BÀI TẬP ***&&&*** Một nguồn sáng S phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng 550nm, chiếu vào ảnh E cách S khoảng 11m Ở điểm E nguồn S có chắn có chứa lỗ trịn đường kính 4,2mm Cho biết độ sáng trung tâm hình nhiễu xạ thu ảnh lớn hay nhỏ so với độ sáng chổ khơng có chắn 31 Aïnh sáng đơn sắc có bước sóng 500 nm, chiếu vng góc vào khe có bề rộng 0,02 mm Tìm bề rộng ảnh khe sáng ảnh đặt cách khe 1m (thấu kính đặt sát khe sáng) Chiếu chùm tia sáng song song có bước sóng 500 nm thẳng góc với cách tử nhiễu xạ Gần cách tử có đặt thấu kính hội tụ Khoảng cách từ đến thấu kính 1m Khoảng cách hai vạch cực đại quang phổ bậc 20,2 cm Xác định: a) Chu kỳ b cách tử b) Số vạch mm cách tử c) Bậc lớn quang phổ tổng số vạch cực đại d) Góc nhiễu xạ ứng với vạch quang phổ ngồi PHÂN TÍCH NHỮNG CÂU PHÁT BIỂU ĐÚNG SAI ***@@@*** Cường độ sáng nhiễu xạ khơng có chắn bốn lần cường độ sáng đới thứ gây nên Phương pháp đới cầu Fresnel chia mặt đầu sóng thành đới cầu có diện tích tăng dần theo số ngun k Biên độ đới Fresnel tạo giảm dần theo thứ tự đới Khi thay bước sóng đỏ bước sóng tím số đới Fresnel lỗ tròn tăng lên Ðộ rộng vân sáng trung tâm nhiễu xậ sóng phẳng qua khe tăng lên tăng bước sóng CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM ***&&&*** 32 33 TOP 34 ... sáng quan sát theo góc nhiễu xạ ( từ giải thích hình ảnh nhiễu xạ quan sát a) Sự phân bố cường độ sáng 16 17 18 19 Nhiễu xạ ánh sáng lỗ tròn TOP 20 Nhiễu xạ ánh sáng nhiều khe Cách tử nhiễu xạ. .. 18.1) Theo định luật truyền thẳng ánh sáng ta quan sát ánh sáng hình nón OAB tia sáng qua mép thấu kính tạo nên Tuy nhiên ta đặt mắt điểm M ngồi xa hình nón nhận ánh sáng từ lỗ O Thí nghiệm : Ðặt... thấy có ánh sáng lân cận điểm A B ta lại thấy vân tối sáng Ðiều cho thấy rằng, trường hợp ánh sáng không tuân theo định luật truyền thẳng Tuy nhiên nguyên lí Huygens chưa cho biết cường độ sáng
