Giáo trình Vật lý 2 - Chương 5: Nhiễu xạ ánh sáng

Nội dung text: Giáo trình Vật lý 2 - Chương 5: Nhiễu xạ ánh sáng

1. GIÁO TRÌNH VẬT LÝ 2
2. Những ví dụ về nhiễu xạ ánh sáng  Chúng ta nhìn thấy  Khi nhìn vào một nhiều màu sắc sặc sỡ ngọn đèn ở xa ta thấy trên bề mặt đĩa CD dưới ánh đèn bị “loé” như ánh sáng Mặt Trời. hình sao. Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
3. Những thí nghiệm về nhiễu xạ ánh sáng  Chiếu một chùm sáng song song qua một khe hẹp Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
4. Những thí nghiệm về nhiễu xạ ánh sáng  Chiếu một chùm sáng song song qua một lỗ tròn nhỏ Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
5. Nhiễu xạ ánh sáng  Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng tia sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng khi đi qua các lỗ nhỏ, khe hẹp, mép các vật chắn sáng.  Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng thể hiện bản chất sóng của ánh sáng. Nhiễu xạ là một hiện tượng đặc trưng của sóng. Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
6. Nguyên lý Huygen - Fresnel Bất kỳ điểm sáng nào mà ánh sáng truyền đến đều trở thành nguồn sáng thứ cấp phát ánh sáng về phía trước nó. Biên độ và pha ban đầu của nguồn sáng thứ cấp này là biên độ và pha ban đầu của dao động sáng do nguồn sáng thực gây ra tại đó. Nguồn sáng thực Điểm nhận ánh sáng, trở thành ngồn sáng thứ cấp Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
7. Nhiễu xạ sóng cầu (Nhiễu xạ Fresnel) uacostOO  (dS) 2L1 uacost(dS)(dS)   O M 2 L212 L (S) uacos(dS M)(dS  t )  uuM  (dS M) dS Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
8. Phương pháp đới cầu Fresnel  bk 2  bk1 R 2 O b M (0) (S) (k-1) (k) Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
9. Phương pháp đới cầu Fresnel Rb S Rb Rb rk  k Rb Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
10. Phương pháp đới cầu Fresnel Dao động sáng của các đới cầu gây ra tại M 2  u1M a 1 cos  t L OM uuuu  M1M2M3M 2  u2M a 2 cos  t L OM  2 uM a M cos  t L OM 2   u3M a 3 cos  t L OM 2  . aM a 1 a 2 a 3 . . Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
11. Phương pháp đới cầu Fresnel Biên độ dao động sáng thành phần gây ra tại M 1 aaa aaa 123 kk1k12 Biên độ dao động sáng tại M 11 aaaa a aaa M123n M1n 22 Trong công thức trên, lấy dấu “-” nếu n chẵn, dấu “+” nếu n lẻ Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
12. Nhiễu xạ Fresnel qua lỗ tròn rr k aM a 1 a 2 a 3 a k 1 aM a 1 a k O M 2 lấy dấu “-” nếu k chẵn (S) (k) lấy dấu “+” nếu k lẻ Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
13. Nhiễu xạ Fresnel qua màn chắn tròn rr k aaa Mk1k2 O M 1 aa Mk1 2 (S) (k) Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
14. Phương pháp cộng véc tơ biên độ k1 k2 k a 2 a1 a1 1 aa a a a 0 aa M1 M 1 2 M12 Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
15. Nhiễu xạ sóng phẳng qua một khe hẹp (Fraunhofer) M Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
16. Phương pháp chia đới  LLLbsin 21 2  b 2bsin (1) b n 2sin b b (2)  n2ksink b 1  n 2k 1 sin k 2b Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
17. Kết quả tính toán 0 Cực đại chính giữa  sink;k0 Cực tiểu nhiễu xạ b 1  sin k ; k 0, 1 Cực đại hai bên 2b Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
18. Hình ảnh phân bố cường độ sáng 0,045I0 sin 3 2   2 3 b b b b b b Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
19. Phương pháp cộng véc tơ biên độ 2 0; aa;IaM0M0 aaM0 aM 34 2a  n 3; sin;  a; II 0 n 2; sin ; a 0; I 0 2 b3 MM0 9 2 b MM Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
20. Nhiễu xạ sóng phẳng qua một hệ N khe hẹp (cách tử) M Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
21. Nhiễu xạ sóng phẳng qua một hệ N khe hẹp (cách tử)  Đối với mỗi khe hẹp hiện tượng xảy ra tương tự như trường hợp nhiễu xạ qua một khe hẹp.  Tại vị trí có:  sink;k0 b tất cả các khe sáng đều cho cực tiểu (cường độ bằng 0), do đó tại đây có cường độ bằng 0, được gọi là cực tiểu chính của nhiễu xạ. Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
22. Nhiễu xạ sóng phẳng qua một hệ N khe hẹp (cách tử)  Tuy nhiên, trong trường hợp này ta chú ý tới sự tổng hợp sóng đến từ các nguồn khác nhau với nhau (giao thoa).  Xét sự giao thoa của 2 nguồn liên tiếp: d Ldsin  Vị trí cực đại giao thoa:  sin k d Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
23. Nhiễu xạ sóng phẳng qua một hệ N khe hẹp (cách tử)  Còn xảy ra giao thoa của các khe cách nhau 2d, 3d, 4d, Vị trí các cực đại tương ứng được xác định:  sink 2d  sink 3d  sin k 4d Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
24. Nhiễu xạ sóng phẳng qua một hệ N khe hẹp (cách tử)  Vị trí cực tiểu chính:  sinkk0 b  Vị trí cực đại chính:  sink d  Giữa hai cực đại chính có (N-1) cực tiểu phụ và (N-2) cực đại phụ Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
25. Cách tử nhiễu xạ  Cách tử nhiễu xạ là hệ thống gồm N khe hẹp giống nhau, song song và cách đều nhau và nằm trên cùng một mặt phẳng (còn gọi là cách tử phẳng).  Có 2 loại: cách tử phản xạ và các tử truyền qua.  Khoảng cách d giữa hai khe hẹp được gọi là chu kỳ của cách tử. Số vạch trên một đơn vị chiều dài là thông số đặc trưng của cách tử (N=1/d). Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
26. Nhiễu xạ tinh thể  Trong các chất kết tinh, nguyên tử (hoặc ion) được sắp xếp có trật tự tuần hoàn trong không gian tạo thành mạng tinh thể.  Mạng tinh thể có các lớp gọi là mặt phẳng mạng, khoảng cách d giữa hai mặt phẳng mạng liên tiếp được gọi là chu kỳ của mạng tinh thể hay hằng số mạng.  Sóng tán xạ trên các lớp liên tiếp tạo thành nhiễu xạ tinh thể. Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng
27. Nhiễu xạ tinh thể  Hai tia sáng tán xạ trên hai mặt phẳng mạng liên tiếp có hiệu quang lộ: L 2d.sin   Cực đại nhiễu xạ được xác định   Lk sink  2d  Nhiễu xạ tinh thể là một phương pháp mạnh trong trong nghiên cứu cấu trúc tinh thể. Vật lý 2 \ Chương 5 – Nhiễu xạ ánh sáng