Bài giảng Vật lí đại cương - Chương 7: Nhiễu xạ ánh sáng

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 P E C B A O _ Là hiện tƣợng as bị lệch khỏi phƣơng truyền thẳng khi đi gần các vật cản. 7.1.1 KHÁI NIỆM  NX qua lỗ tròn  NX qua khe hẹp  NX trên mạng tinh thể 7.1. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG CẦU (Nhiễu xạ Fresnel) _ Các trƣờng hợp nhiễu xạ: _ 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. 7.1.2 Nguyên lý Huygens - Fresnel 7.1 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG CẦU (Nhiễu xạ Fresnel) O R 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: O b M S0 R b 2   b 2 2   b 3 2   1 3 5 2 4 7.1. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG CẦU (Nhiễu xạ Fresnel) 7.1.3 Nhiễu xạ qua lỗ tròn O b M S0 b k 2   k M0 Mk Hk hk k k k Rb r 2Rh R b     Rb S R b     rk Diện tích của mỗi đới cầu: Bán kính của đới cầu thứ k: R 7.1. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG CẦU (Nhiễu xạ Fresnel) 7.1.3 Nhiễu xạ qua lỗ tròn 7.1. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG CẦU (Nhiễu xạ Fresnel) 7.1.3 Nhiễu xạ qua lỗ tròn _ Giả sử lỗ tròn chứa n đới cầu. Biên độ dao động sáng tổng hợp tại M: 1 2 3 4 na = a – a a – a . a   3 3 51 1 2 4 a a aa a a a a ... 2 2 2 2 2                     1 2 2 naaa   (+ khi n lẻ) (- khi n chẵn) _ Coi gần đúng:  k k 1 k 1 1 a a a 2    2  _ Khoảng cách 2 đới cầu kế tiếp là: _ Nếu lỗ tròn quá lớn thì: 2 2 1 M 0 a I a I 4    _ Số đới cầu Fresnel là lẻ : 2 2 1 n M 0 a a I a I 2 2          (M là điểm sáng) _ Số đới cầu Fresnel là chẵn: 2 2 1 n M 0 a a I a I 2 2          (M là điểm tối) 7.1. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG CẦU (Nhiễu xạ Fresnel) 7.1.3 Nhiễu xạ qua lỗ tròn O Chấm sáng Fresnel 7.1. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG CẦU (Nhiễu xạ Fresnel) 7.1.4 Nhiễu xạ qua đĩa tròn m+1 O b M _Nếu đĩa tròn chắn hết m đới cầu: m 1 n m 1 M a a a a 2 2 2     2 2 m 1 M a I a 2        _Cƣờng độ sáng tại M: M luôn là điểm sáng 7.1. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG CẦU (Nhiễu xạ Fresnel) 7.1.4 Nhiễu xạ qua đĩa tròn 7.2.1 Nhiễu xạ qua một khe hẹp b: độ rộng khe hẹp : góc nhiễu xạ 7.2 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG PHẲNG (Nhiễu xạ Fraunhofer) O A L 1 B L 2 E F M   2  o  1  2 _ Độ rộng dải sáng: / 2 sin    _ Số dải sáng chứa trong khe AB: b 2bsin N     _ Hiệu quang lộ của hai tia sáng từ hai dải kế là λ/2 nên chúng sẽ khử nhau. Điều kiện tại M là: 2 .sin 2 b N k     sin k b    (k 1, 2,. . .)   vân sáng (CĐ) 2 .sin 2 1 b N k      1 sin ( ) 2  k b   (k 1, 2, 3,. . .)   trừ k=0 vì trùng với cực đại giữa trừ k=0 và k=-1 7.2.1 Nhiễu xạ qua một khe hẹp 7.2 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG PHẲNG (Nhiễu xạ Fraunhofer) vân tối (CT) _ Phân bố cƣờng độ ảnh nhiễu xạ: b  2 b 2 b   b   I 0 I 1 I1 = 0,045I0 I sin 0 3 2b  5 2b 3 2b   5 2b   7.2.1 Nhiễu xạ qua một khe hẹp 7.2 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG PHẲNG (Nhiễu xạ Fraunhofer) Cực tiểu nhiễu xạ: Cực đại nhiễu xạ: Cực đại giữa F M  0  d b  _ Hiệu quang lộ của những tia nhiễu xạ với góc lệch : L2 – L1 = dsin b: độ rộng khe hẹp d: k/cách giữa 2 khe liên tiếp : góc nhiễu xạ 7.2.2 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp 7.2 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG PHẲNG (Nhiễu xạ Fraunhofer) Cđại chính Cđại phụ Ctiểu chính (ctiểu nx) Ctiểu phụ Cđ ảnh nx qua 1 khe _Ngoài sự nhiễu xạ của từng khe riêng rẽ, còn có sự giao thoa của n chùm tia nx từ n khe. phân bố lại cƣờng độ ảnh nhiễu xạ. _ Tuy nhiên, đƣờng bao các cực đại chính luôn là ảnh nx qua một khe. _ Ảnh n/xạ của từng khe hoàn toàn trùng nhau. 7.2.2 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp 7.2 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG PHẲNG (Nhiễu xạ Fraunhofer) 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) 7.2.2 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp 7.2 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG PHẲNG (Nhiễu xạ Fraunhofer) _Vị trí các CĐ chính (do giao thoa) thỏa đk: 2 1L L dsin k     (k = 0,±1, ±2, ±3, ) _Vị trí các CT chính (CT nhiễu xạ) thỏa đk: sin k b    (k = ±1, ±2, ±3, ) Để quan sát đƣợc các CĐ chính thì  < d 7.2.2 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp 7.2 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG PHẲNG (Nhiễu xạ Fraunhofer) Cđại chính Cđại phụ Ctiểu chính (ctiểu nx) Ctiểu phụ Cđ ảnh nx qua 1 khe s in k d    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. d 1 n d  7.2 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG PHẲNG (Nhiễu xạ Fraunhofer) Cách tử truyền qua Cách tử phản xạ 7.2.3 Cách tử nhiễu xạ 7.2 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG CỦA SÓNG PHẲNG (Nhiễu xạ Fraunhofer) 7.3 NHIỄU XẠ TRÊN MẠNG TINH THỂ _ Hiệu quang lộ: d    1 2 3 1’ 2’ 3’ L2 – L1 = 2d.sin _ Vị trí các cực đại thỏa định luật Vulf - Bragg: L2 – L1 = 2d.sin = k 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    HẾT CHƢƠNG 7