Bài giảng Vật lý đại cương: Quang học sóng - Nhiễu xạ - PGS.TS. Lê Công Hảo

Bài giảng Vật lý đại cương: Quang học sóng - Nhiễu xạ cung cấp cho người học các kiến thức: Giới thiệu về nền nhiễu xạ, nhiễu xạ từ khe hẹp, độ phân giải của khe hẹp và lỗ tròn,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Quang học sóng – Nhiễu Xạ TS Lê Cơng Hảo 2.1 GIỚI THIỆU VỀ NỀN NHIỄU XẠ ➢ Khi truyền qua khe, ánh sáng có bước sóng lớn hay bề rộng khe tán xạ qua hướng phía trước Hiện tượng gọi nhiễu xạ ➢ Nền nhiễu xạ gồm vùng sáng – tối xen kẻ nhau, tương tự giao thoa ➢ Nền nhiễu xạ gồm vân sáng trung tâm có độ rộng đáng kể ➢ Nền nhiễu xạ bao gồm dãy vân sáng có cường độ phân bố hai bên 2.1 GIỚI THIỆU VỀ NỀN NHIỄU XẠ Chính nhiễu xạ có cực đại Màn quan sát Nguồn phát Vật chắn ➢ Xung quanh cực đại có vùng sáng yếu hơn, gọi cực đại thứ cấp ➢ Những vùng tối Nguồn sáng chiếu qua vật chắn tạo gọi cực nhiễu xạ quan sát tiễu nhiễu xạ 2.1 NX FRESNEL – Bố trí thí nghiệm: O R b O R r b M 2.1 NX FRESNEL – Phân bố cường độ ảnh nhiễu xạ: Ảnh nx có tính đối xứng tâm Tâm có lúc sáng, lúc tối, tùy theo bán kính lỗ trịn khoảng cách từ lỗ trịn tới quan sát 2.1 NX FRESNEL 3 – Giải thích kết pp đới cầu Fresnel: b+3    b+ b+2 R O S0 b M 2.1 NX FRESNEL – Giải thích kết pp đới cầu Fresnel: kb  2 2 rk = R − (R − h k ) = (b + k ) − (b + h k )  h k = 2(R + b) Rb  Sk = h k 2R = k R+b Mk R b+k rk  Diện tích đới cầu: hk O Hk k S0 M0 b M Rb S =  R+b Bán kính đới cầu thứ k: kRb Rb rk  2Rh k = =  k R+b R+b 2.1 NX FRESNEL – Giải thích kết pp đới cầu Fresnel: Biên độ sóng ak đới thứ k gởi tới M giảm dần số k tăng, Dao động sáng M hai đới giảm chậm Vì ta coi ak kề gởi tới ngược pha trung bình cộng ak-1 ak+1 Vì thế, biên độ sóng M là: a M = a1 − a + a − a +  a n O S0 b M a1 a n aM =  2 (Dấu “+” n lẻ; “-” n chẵn) 2.1.NX FRESNEL Biên độ sóng cường độ sáng M: a1 a n  a1 a n  aM =   I = aM =    2 2  Số đới Fresnel chứa lỗ trịn: a Nếu lỗ trịn q lớn thì: I = a M = = I0 Nếu lỗ tròn chứa số lẻ  a1 a n  đới cầu Fresnel thì: I = a M =  +   I0 2  Nếu lỗ tròn chứa số chẵn đới cầu Fresnel  a1 a n  I = a M =  −   I0 thì: 2  rn  R + b  n=     R.b  (M điểm sáng) (M điểm tối) 2.2 NHIỄU XẠ TỪ KHE HẸP Nguồn phát Màn quan sát 2.2 NHIỄU XẠ TỪ KHE HẸP Hiệu quang lộ tia 1-3, 2-4 3-5: a L = sin  Điều kiện để hai tia triệt tiêu (cực tiểu nhiễu xạ): Mỗi điểm nguồn phát thứ cấp a  L = sin  =  2 hay Hiệu quang lộ tia 3, và 𝑎 sinθ  sin  =  a 2.2 NHIỄU XẠ TỪ KHE HẸP Nếu chia bề rộng khe thành phần 2 sin  =  a Nếu chia bề rộng khe thành phần 3 sin  =  a ĐIỀU KIỆN CỰC TIỂU NXẠ  sin  t = m a m = 1,2,3, sin  s = (m + / 2)  a , (m = 1,2,3, ) ĐIỀU KIỆN CỰC ĐẠI N.XẠ 2.2 NHIỄU XẠ TỪ KHE HẸP Phân bố cường độ sáng nhiễu xạ Fraunhofer từ khe hẹp độ rộng a Hình vẽ minh họa trình bày vị trí cực tiểu phân bố hai bên cực đại  sin  t = m a m = 1,2,3, 2.2 NHIỄU XẠ TỪ KHE HẸP 2.2.1 Cường độ sáng nhiễu xạ qua khe • Mỗi vùng y tương ứng với độ lớn vector cường độ điện trường E • Cường độ điện trường E điểm tổng E Độ lệch pha hai tia liên tiếp: 2 2 y sin  (L2 − L1 )  =  =  =   Cường độ ánh sáng điểm tổng hợp vector cường độ điện trường từ vùng có bề rộng y 2.2 NHIỄU XẠ TỪ KHE HẸP 2.2.1 Cường độ sáng nhiễu xạ qua khe Dùng giản đồ vector để tìm cường độ điện trường tổng hợp E Khi  = Khi   a = Ny: Bề rộng khe N số vùng Điện trường tâm E = NE Độ lệch pha tia đỉnh đáy khe  = N = 2  Ny sin  = 2  a sin  2.2 NHIỄU XẠ TỪ KHE HẸP 2.2.1 Cường độ sáng nhiễu xạ qua khe Từ hình vẽ, ta thu được:  ER / sin = R Hay, cường độ điện trường tổng hợp thu được:  E0   sin ( / )   ER = R sin = 2  sin = E0   2     /2   I~E Thu cường độ ánh sáng điểm  sin ( / )  I = I max     /2   sin (a sin  /  )  I = I max    a sin  /    2.2 NHIỄU XẠ TỪ KHE HẸP 2.2.2 Cường độ sáng nhiễu xạ qua hai khe Nền nhiễu xạ qua hai khe  Nền nhiễu xạ qua khe Giao thoa nhiễu xạ 2.3 ĐỘ PHÂN GIẢI CỦA KHE HẸP VÀ LỖ TRÒN Phân giải tốt Tiêu chuẩn Rayleigh Phân giải không tốt 2.3.1 Đối với khe hẹp ➢ Khi cực đại ảnh rơi vào cực tiểu bậc ảnh khác ảnh cho có khả phân giải ➢Điều kiện cho giới hạn phân giải gọi tiêu chuẩn Rayleigh 2.3 ĐỘ PHÂN GIẢI CỦA KHE HẸP Cực tiểu xuất góc: sin  = Phân giải tốt  a a bề rộng khe  Là bước sóng Trong trường hợp 