›
›

Giáo trình Vật lý đại cương - Chương 7: Nhiễu xạ ánh sáng

pdf 22 trang huongle 3290
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Vật lý đại cương - Chương 7: Nhiễu xạ ánh sáng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_vat_ly_dai_cuong_chuong_7_nhieu_xa_anh_sang.pdf

Nội dung text: Giáo trình Vật lý đại cương - Chương 7: Nhiễu xạ ánh sáng

  1. 7.1. Nhiễu xạ ánh sáng của sóng cầu (Nhiễu xạ Fresnel) 7.2. Nhiễu xạ ánh sáng của sóng phẳng (Nhiễu xạ Fraunhofer) 7.3. Nhiễu xạ trên mạng tinh thể 7.4. Ứng dụng
  2. 7.1. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG CẦU (Nhiễu xạ Fresnel) 7.1.1 KHÁI NIỆM _ Là hiện tƣợng as bị lệch khỏi phƣơng truyền thẳng khi đi gần các vật cản. A O C _ Các trƣờng hợp nhiễu xạ: P B  NX qua lỗ tròn E  NX qua khe hẹp  NX trên mạng tinh thể
  3. 7.1 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG CẦU (Nhiễu xạ Fresnel) 7.1.2 Nguyên lý Huygens - Fresnel _ Bất kì một điểm nào mà as truyền đến đều trở thành nguồn sáng thứ cấp, phát sóng cầu về phía trƣớc nó. _ Biên độ và pha của nguồn thứ cấp là biên độ và pha của nguồn thực gây ra tại vị trí nguồn thứ cấp.
  4. 7.1. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG CẦU (Nhiễu xạ Fresnel) 7.1.3 Nhiễu xạ qua lỗ tròn R O
  5. 7.1. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG CẦU (Nhiễu xạ Fresnel) 7.1.3 Nhiễu xạ qua lỗ tròn _ Giải thích kết quả bằng pp đới cầu Fresnel:  b3 2  b2 2 R  b 2 4 2 O 1 b M 5 3 S0
  6. 7.1. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG CẦU (Nhiễu xạ Fresnel) 7.1.3 Nhiễu xạ qua lỗ tròn Diện tích của mỗi đới cầu: Mk Rb  S bk R 2 Rb rk hk M b O Hk 0 M k Bán kính của đới cầu thứ k: k Rb S0 r 2Rh kkRb
  7. 7.1. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG CẦU (Nhiễu xạ Fresnel) 7.1.3 Nhiễu xạ qua lỗ tròn  _ Khoảng cách 2 đới cầu kế tiếp là: 2 _ Giả sử lỗ tròn chứa n đới cầu. Biên độ dao động sáng tổng hợp tại M: (+ khi n lẻ) a = a1 – a 2 a 3 – a 4  . a n (- khi n chẵn) aa11 a3 a 3 a 5 a a24 a 2 2 2 2 2 1 a a _ Coi gần đúng: a a a a 1 n k2 k 1 k 1 22
  8. 7.1. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG CẦU (Nhiễu xạ Fresnel) 7.1.3 Nhiễu xạ qua lỗ tròn a2 _ Nếu lỗ tròn quá lớn thì: I a2 1 I M04 _ Số đới cầu Fresnel là lẻ : 2 2 aa1n I aM0 I (M là điểm sáng) 22 _ Số đới cầu Fresnel là chẵn: 2 2 aa1n I aM0 I (M là điểm tối) 22
  9. 7.1. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG CẦU (Nhiễu xạ Fresnel) 7.1.4 Nhiễu xạ qua đĩa tròn O Chấm sáng Fresnel
  10. 7.1. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG CẦU (Nhiễu xạ Fresnel) 7.1.4 Nhiễu xạ qua đĩa tròn _Nếu đĩa tròn chắn hết m đới cầu: a a a a m 1 n m 1 M 2 2 2 O b M m+1 _Cƣờng độ sáng tại M: 2 2 am1 Ia M 2 M luôn là điểm sáng
  11. 7.2 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG PHẲNG (Nhiễu xạ Fraunhofer) 7.2.1 Nhiễu xạ qua một khe hẹp E b: độ rộng khe hẹp A : góc nhiễu xạ M O F _ Độ rộng dải sáng: B o  /2  L1 1  L2 sin 2  _ Số dải sáng chứa trong khe AB: 2 b 2bsin N 
  12. 7.2 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG PHẲNG (Nhiễu xạ Fraunhofer) 7.2.1 Nhiễu xạ qua một khe hẹp _ Hiệu quang lộ của hai tia sáng từ hai dải kế là λ/2 nên chúng sẽ khử nhau. Điều kiện tại M là: vân tối (CT) vân sáng (CĐ) 2b .sin 2b .sin Nk 2 Nk 21    1  sin k sin (k ) b 2 b (k 1, 2,. . .) (k 1, 2, 3,. . .) trừ k=0 vì trùng với trừ k=0 và k=-1 cực đại giữa
  13. 7.2 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG PHẲNG (Nhiễu xạ Fraunhofer) 7.2.1 Nhiễu xạ qua một khe hẹp _ Phân bố cƣờng độ ảnh nhiễu xạ: I I0 I1 = 0,045I0 I1 2  0  2 Cực tiểu nhiễu xạ: sin b b Cực b b 5 3 đại 3 5 Cực đại nhiễu xạ: 2b 2b giữa 2b 2b
  14. 7.2 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG PHẲNG (Nhiễu xạ Fraunhofer) 7.2.2 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp  b b: độ rộng khe hẹp d M d: k/cách giữa 2 khe F liên tiếp 0 : góc nhiễu xạ _ Hiệu quang lộ của những tia nhiễu xạ với góc lệch : L2 – L1 = dsin
  15. 7.2 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG PHẲNG (Nhiễu xạ Fraunhofer) 7.2.2 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp _ Ảnh n/xạ của Cđ ảnh nx từng khe hoàn toàn qua 1 khe trùng nhau. Cđại chính _Ngoài sự nhiễu xạ Ctiểu chính của từng khe riêng (ctiểu nx) Cđại phụ rẽ, còn có sự giao thoa của n chùm tia nx từ n khe. Ctiểu phụ phân bố lại cƣờng độ ảnh nhiễu xạ. _ Tuy nhiên, đƣờng bao các cực đại chính luôn là ảnh nx qua một khe.
  16. 7.2 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG PHẲNG (Nhiễu xạ Fraunhofer) 7.2.2 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp Phân bố cƣờng độ ảnh nhiễu xạ: Giữa hai CĐ chính liên tiếp có: (n – 2) CĐ phụ (n – 1) CT phụ _Khi số khe rất lớn và độ rộng khe rất hẹp thì các cực đại phụ mờ dần rồi tắt hẳn, các cực đại chính có cƣờng độ bằng nhau (cách tử nhiễu xạ)
  17. 7.2 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG PHẲNG (Nhiễu xạ Fraunhofer) 7.2.2 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp _Vị trí các CĐ chính (do giao thoa) thỏa đk: L21 L dsin k  Cđ ảnh nx qua 1 khe Cđại  chính sin k Ctiểu chính (ctiểu nx) Cđại d phụ (k = 0,±1, ±2, ±3, ) Ctiểu phụ _Vị trí các CT chính (CT nhiễu xạ) thỏa đk:  sin k (k = ±1, ±2, ±3, ) b Để quan sát đƣợc các CĐ chính thì  < d
  18. 7.2 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG PHẲNG (Nhiễu xạ Fraunhofer) 7.2.3 Cách tử nhiễu xạ _ Cách tử nhiễu xạ là tập hợp các khe hẹp giống nhau, // , cách đều nhau và cùng nằm trên một mặt phẳng. Khoảng cách d giữa hai khe liên tiếp đƣợc gọi là chu kì của cách tử. 1 n d d
  19. 7.2 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG PHẲNG (Nhiễu xạ Fraunhofer) 7.2.3 Cách tử nhiễu xạ Cách tử truyền qua Cách tử phản xạ
  20. 7.3 NHIỄU XẠ TRÊN MẠNG TINH THỂ _ Hiệu quang lộ: L2 – L1 = 2d.sin _ Vị trí các cực đại thỏa định luật Vulf - Bragg: L2 – L1 = 2d.sin = k 1 1’ d 2 2’ 3 3’
  21. 7.4 ỨNG DỤNG HIỆN TƢỢNG NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG  Phân tích quang phổ bằng cách tử nhiễu xạ.  Nghiên cứu cấu trúc mạng tinh thể bằng nhiễu xạ tia X.  Nghiên cứu năng suất phân li các dụng cụ quang học
  22. HẾT CHƢƠNG 7