Giáo trình hình thành năng suất phân cách của các dụng cụ quang học theo tiêu chuẩn rayleigh p2

Với bước sóng nhạy nhất đối với mắt, ( = 0,55 (, và với một kính thiên văn có vật kính có đường kính 2,5 mét, năng suất phân cách làĠ= 2,68 x 10 –7 rad. Mắt người ta không thể phân biệt được hai điểm có thị giác nhỏ như vậy. Vì thế ta phải phóng đại góc ( lên bằng một thị kính ở vị trí vô tiêu. Nếu G là số bội giác của kính thiên văn. Ta có : β = G . α = f F α Ta cần điều kiện ( ( 3.10-4 rad (nhuệ độ của mắt) Hay f F λ ≥ 3.10-4 rad (6.3) 3. Năng suất phân cách của kính hiển vi. Các công thức trong trường hợp nhiễu xạ đều được thành lập với chùm tia tới hổng là các chùm tia song song, nghĩa là coi như vật sáng ở vô cực. Trong trường hợp kính hiển vi thì ngược lại, vật sáng ở rất gần vật kính. Tuy nhiên nếu ta thay vật kính L bằng một thấu kính L’ có cùng đường kính, có tiêu cự f = OPo và kéo vật AA’ ra xa vô cực thì hệ thống vân nhiễu xạ trong hai trường hợp như nhau. Như vậy ta vẫn có thể áp dụng tiêu chuẩn Rayleigh cho kính hiển vi. Năng suất phân cách của vật kính L là khoảng cách y giữa A và A’ để ta được hai ảnh phân biệt Po và P’o. y’ = PoP’o ≥ λ Gọi n và n’ là chiết suất của môi trường tới và môi trường ló (ra khỏi mặt kính). Trị số nhỏ nhất của y’ là : y’ =Ġ= 0,61Ġ (vì a = Fu', góc u' nhỏ) Nếu môi trường ló là không khí n‘ = 1, ta có theo điều kiện Abbe về sự chính thị : nysinu = n’y’sinu’ ≈ y’u’ Vậy: y = y’u’/n sin u = 0.61λ/n sin u (6.3) y càng nhỏ, khả năng phân cách của kính hiển vi càng lớn. Vì vậy người ta thường tăng n bằng cách dùng kính hiển vi có vật kính nhúng chìm trong dầu Cèdre. A’ y Po a a A α u’ P’o y’ L u (a) a F P’o y‘ Po a A(∞) α A’(∞) H. 45 (b) to b uy to b uy QUANG PHỔ CÁCH TỬ. 1. Nguyên tắc . Trong một máy quang phổ cách tử, bộ phận tán sắc là một cách tử thay cho một lăng kính. Ta có : sin i – sin io = k λ n hay sini = sinio + kλn Vậy góc nhiễu xạ i thay đổi theo bước sóng λ. Do đó nếu ta chiếu tới cách tử một chùm ánh sáng trắng, thì hiện tượng tán sắc xảy ra (vì góc i’ thay đổi theo λ). Tai Mo, ứng với k = 0, mọi đơn sắc chồng lên nhau, do đó ta có màu trắng. Giả sử io = 0 sini’ = k λ n Cho k = 1, ta được hai quang phổ đối xứng qua vân giữa. Ở mỗi quang phổ, tia tím lệch ít nhất, tia đỏ lệch nhiều nhất. Nhận xét : • Với cách tử, ta được nhiều quang phổ (bậc 1, bậc 2, ...) • Bậc quang phổ càng lớn, quang phổ càng rộng, độ tán sắc càng lớn • Trái với trường hợp lăng kính, trong sự tán sắc do cách tử, độ dài sóng càng lớn, bức xạ lệch càng nhiều. • Cách tử tán sắc đều hơn lăng kính, các màu tương đối phân bố đều theo (. 2. Đo độ dài sóng bằng cách tử. Áp dụng công thức sini = sinio + k ( n kn ii osinsin −=λ (7.1) Thay đổi góc io để có độ lệch D cực tiểu, khi đóĠ Mo k=2 k=1 k=0 H. 46 0,75 0,6 0,5 0,4µ Quang phoå laêng kính 0,4 0,5 0,6 0,75 Quang phoå caùch töû H. 47 R (+) Ro Z io i H. 48 to b uy to b uy có độ lệch D = i - io Hay 01 =−= oo Mà ta có sini - sinio = k (n ⇒ cosi . di – cosio. dio = 0 hay o o Vậy ở độ lệch cực tiểu, ta có : cosio = cosi ⇒ i = io hay i = -io Ta phải có i ( io, do đó i = - io Vậy sini - sinio = 2 sini Ngoài ra độ lệch cực tiểu là Dm = i - io = 2i ⇒ 2 Dmi = Vậy sini – sinio = 2sini = 2siŮ 3. Năng suất phân giải của một cách tử. Chiếu xuống cách tử một ánh sáng gồm hai bức xạ có độ dài sóng. ( và (' = ( + (( Ta được hai hệ thống vân lệch nhau một chút. Ta phân biệt được hai hệ thống nếu cực đại thứ k của (’ trùng với vị trí của cực tiểu đầu tiên cạnh cực đại thứ k của (. Xét công thức hiệu quang lộ giữa hai tia đi qua điểm giữa của hai khe liên tiếp. δ = λ (sini - sinio) Với (’, ứng với P’, hiệu lộ là : (P’ = k (’ (cực đại) = k (( + (() Với (, ứng với điểm P, ta có một cực đại. Vậy (P = k( Tại P’, ta có cực tiểu đầu tiên của ( cạnh P Nên : (P’ = k( +Ġ Suy ra : k (λ + ∆λ) = kλ + N λ P kλ Po kλ’ (k+1)λ H. 49 to b uy to b uy (7.3) λ λ ∆ ñöôïc ñònh nghóa laø naêng suaát giaûi cuûa caùch töû ∆λ được gọi là năng suất phân cách. SS.8. TƯƠNG PHẢN PHA. Chiếu sáng thẳng góc một bản mỏng mặt song song, trong suốt, đồng chất AB bằng một chùm tia sáng song song phát xuất từ một nguồn điểm S ở vô cực. Như vậy ánh sáng tới AB là ánh sáng điều hợp, chùm tia song song này đi qua thấu kính L, hội tụ tại S’. Aûnh của AB cho bởi thấu kính là A’B’. Chấn động sáng tại mọi điểm trên mặt AB đều đồng pha, giả sử có phương trình : so = a sinωt Trong điều kiện có ảnh rõ của Gauss, ta có thể coi mặt phẳng A’B’ là một mặt sóng. Gọi L là quang lộ giữa hai mặt liên hợp AB và A’B’. Chấn động sáng tại mặt A’B’ chậm pha hơn chấn động tại mặt AB là : 2 Lπφ λ = Vậy phương trình chấn động tại các điểm trên A’B’ là s’o = a sin (ωt - φ) - Nếu bề dày của bản AB không đều, hoặc bản không đồng nhất (chiết suất không đồng nhất tại mọi điểm) thì các chấn động sáng ở các điểm trên mặt AB không còn đồng pha nữa. Giả sử tại P có một chỗ lõm, và Q là một một chỗ lồi, làm bề dày của bán kính thay đổi là (c. Mặt sóng ứng với chùm tia ló là ra khỏi AB có dạng như hình vẽ (h 8.2). Chấn động tại P’ (hay Q’) có pha thay đổi là : λ πδϕ 2±= vôùi δ = (n - 1)∆c A P Q B F Σ L S’ (E) B’ Q’ P’ A’ H. 8.1 A H. 8.2 Σ P Q B to b uy to b uy phương trình chấn động sáng tại P’ (hay Q’) là S’ = a sin (ωt - φ - ϕ) ( < 0 ứng với P’ ( < 0 ứng với Q’ Như vậy nếu bề dày của bản AB không đều hoặc chiết suất của bản không đồng nhất tại mọi điểm thì chấn động sáng tại các điểm trên ảnh A'B' không đồng pha với nhau. Dĩ nhiên mắt ta không thể nhận thấy được sự khác nhau về pha này và vẫn thấy ảnh A'B' sáng đều. Ta có thể viết : s’ = a cosϕ. sin (ωt - φ) - asinϕ . cos (ωt - φ) Giả sử các sự biến thiên về bề dày hoặc chiết suất của bản là rất nhỏ, ta có thể lấy cosϕ ≈ 1, sinϕ ≈ ϕ. Do đó : S’ = a sin (ωt - φ) - aϕ . cos (ωt - φ) S’ = a sin (ωt - φ) - aϕ . sin (ωt - φ + 2 π ) Ta thấy chấn động sáng tại một điểm trên A'B' được coi là tổng hợp của hai sóng : - Một sóng chính (hay sóng nền) có biên độ như nhau tại mọi điểm trên A'B'. ' oS = a sin (ωt - φ) - Một sóng phụ có biên độ thay đổi theo vị trí trên ảnh A'B' do các sự không đồng chất nói trên của các điểm trên vật AB : S’1 = -aϕ . sin (ωt - φ + 2 π ) Sóng phụ này có pha vuông góc với sóng chính : Ta nhận xét : * Ứng với điểm lõm : φ < 0 : S’1 = a|φ| sin (cot - Φ +r/2) sóng phụ nhanh pha vuông góc với sóng nền. * Ứng với điểm lồi : φ > 0 S’1 = -aϕ.sin (ωt - φ + 2 π ) S’1 = aϕ.sin (ωt - φ - 2 π ) Sóng phụ chậm pha vuông góc với sóng nền. - Bây giờ ta để ý hiện tượng trên mặt tiêu của thấu kính L. Sóng chính khi đi qua thấu kính L, bị nhiễu xạ bởi vành ngoài của thấu kính. Ảnh S’ chính là vệt sáng giữa của ảnh nhiễu xạ gây ra bởi vành ngoài thấu kính. Bán kính của vệt sáng này là: R = 1,22 D Fλ to b uy to b uy NÓI I: QUANG HÌNH HỌC SS1. NHỮNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA QUANG HÌNH GƯƠNG PHẲNG VÀ GƯƠNG CÁC MẶT PHẲNG KHÚC XẠ. SS4. MẶT CẦU KHÚC XẠ. SS 5. QUANG HỆ ĐỒNG SỰ KẾT HỢP CỦA HAI HỆ ĐỒNG TRỤC. SS 7. THẤU MỘT SỐ KHUYẾT ĐIỂM CỦA THẤU KÍNH TRONG SỰ TẠO HÌNH. SS 9. CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC. SS 11. CÁC ĐẠI LƯỢNG TRẮC II: GIAO THOA ÁNH HÀM SỐ SÓNG – CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA SÓNG ÁNH NGUYÊN LÝ CHỒNG 3. NGUỒN KẾT HỢP – HIỆN TƯỢNG GIAO GIAO THOA KHÔNG ĐỊNH XỨ CỦA HAI NGUỒN SÁNG CÁC THÍ NGHIỆM GIAO THOA KHÔNG ĐỊNH KÍCH THƯỚC GIỚI HẠN CỦA NGUỒN 7. GIAO THOA VỚI ÁNH SÁNG KHÔNG ĐƠN SẮC. SS. 8. GIAO THOA DO BẢN MỎNG – VÂN ĐINH XỨ. SS. 9. CÁC MÁY GIAO 10. VÀI ỨNG DỤNG KHÁC CỦA HIỆN TƯỢNG GIAO III: SỰ NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG SS. 1. CÁC THÍ NGHIỆM MỞ ĐẦU VỀ NHIỄU XẠ ÁNH 2. NGUYÊN LÝ HUYGHENS – ĐỚI NHIỄU XẠ NHIỄU XẠ NĂNG SUẤT PHÂN CÁCH CỦA CÁC DỤNG CỤ QUANG QUANG PHỔ CÁCH TƯƠNG PHẢN PHÉP TOÀN IV: HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC ÁNH SÁNG SS1 . ÁNH SÁNG TỰ NHIÊN VÀ ÁNH SÁNG PHÂN Thí nghiệm Định luật Khảo sát lý thuyết về sự phân cực do phản Độ phân Môi trường dị Bê mặt sóng thường - bê mặt sóng bất Chiêt Cách ve tia khúc xạ. Cách ve Sự phân cực do khúc xạ qua môi trường dị Các loại kính phân cực . SS.12. Định luật Thí nghiệm Arago - Khảo sát chấn động Khảo sát cường độ sáng của Phương ưu Hiệu quang lộ giữa tia thường và tia bất thường gây ra do bản tinh Chấn động elip truyền qua một Các bản mỏng đặc Phân biệt các loại ánh sáng phân Tác dụng của bản tinh thể dị hướng đối với ánh sáng tạp - Hiện tượng phân Khảo sát quang phổ trong hiện tượng phân cực Lưỡng chiết do sự Lưỡng chiết điện (hay hiệu ứng Lưỡng chiết Thí nghiệm về phân cực Định luật Lý thuyêt về hiện tượng phân cực Kiểm chứng thuyết ĐƯỜNG TÁN SẮC DO HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC THÍ NGHIỆM VỀ PHÂN CỰC QUAY ĐỊNH LUẬT SỰ KHÁC BIỆT GIỮA PHÂN CỰC QUAY TỪ VÀ PHÂN CỰC ỨNG DỤNG: KÍNH TRONG SUỐT MỘT V: SỰ TÁN SẮC ÁNH HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC KHÁC NHỮNG HỆ THỨC CĂN BẢN TRONG THUYẾT ĐIỆN PHƯƠNG TRÌNH TRUYỀN CỦA MỘT CHẤN ĐỘNG ĐƠN SẮC - CHIẾTĐIỆN TỬ CỦA SO SÁNH ε’r và GIẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG TÁN . KÍNH QUANG CÁC LOẠI VẬN TỐC PHA - VẬN TỐC VI: SỰ TÁN XẠ ÁNH HIỆN TƯỢNG TÁN XẠ ÁNH SỰ TÁN XẠ BỞI CÁC HẠT NHỎ SO VỚI BƯỚC SÓNG – HIỆN ĐỊNH LUẬT THUYÊT ĐIỆN TỪ VỀ SỰ TÁN XẠ BỞI CÁC HẠT SỰ TÁN XẠ PHÂN TỬ. §§6. SỰ TÁN XẠ TỔ GIẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG TÁN XẠ TỔ HỢP BẰNG THUYẾT LƯỢNG VII: ĐO VẬN TỐC ÁNH PHƯƠNG PHÁP PHƯƠNG PHÁP DÙNG ĐĨA RĂNG PHƯƠNG PHÁP GƯƠNG PHƯƠNG PHÁP VẬN TỐC ÁNH SÁNG TRONG MÔI TRƯỜNG ĐỨNG VẬN TỐC ÁNH SÁNG TRONG MỘT MÔI TRƯỜNG CHUYỂN GIẢI THÍCH THÍ NGHIỆM FIZEAU BẰNG THUYẾT TƯƠNG VIII: BỨC XẠ ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG TRONG PHÉP ĐO NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ. §§3. HỆ SỐ HẤP THỤ §§4. VẬT LUẬT Ý NGHIA CỦA ĐỊNH LUẬT SỰ PHÁT XẠ CỦA VẬT ĐƯỜNG ĐẶC TRƯNG PHỔ PHÁT XẠ CỦA VẬT ĐỊNH LUẬT STEFAN - ĐỊNH LUẬT DỜI CHỖ CỦA PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG ĐẶC TRƯNG CỦA WIEN VÀ CỦA RAYLEIGH - §§12. LÝ THUYÊT PLANCK; SỰ PHÁT XẠ LƯỢNG BỨC XẠ NHIỆT CỦA VẬT HỎA KẾ QUANG IX: HIỆN TƯỢNG QUANG THÍ NGHIỆM CĂN TÊ BÀO QUANG KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM – CÁC ĐỊNH SỰ GIẢI THÍCH CỦA EINSTEIN - THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH HIỆU ỨNG QUANG ĐIỆN VÀI DỤNG CỤ QUANG LÝ THUYÊT VÊ X: HIỆU ỨNG KHẢO SÁT THỰC KHẢO SÁT LÝ THUYẾT CỦA HIỆU ỨNG SÓNG VÀ ÁP SUẤT ÁNH SÁNG (ÁP SUẤT BỨC TÁC DỤNG HÓA HỌC CỦA ÁNH XI: SỰ PHÁT ĐỊNH PHÁT HUỲNH QUANG VÀ PHÁT LÂN ĐỊNH LUẬT KHẢO SÁT LÝ THUYẾT HIỆN TƯỢNG PHÁT HUỲNH HIỆU SUẤT PHÁT HUỲNH ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ. §§7. ĐO THỜI GIAN PHÁT HIỆN TƯỢNG PHÁT HUỲNH QUANG CHẬM VÀ PHÁT LÂN CHẤT TĂNG HOẠT - TÂM SỰ NHẠY XII: SỰ PHÁT MINH SỰ PHÁT XẠ KÍCH SỰ KHUYẾCH ĐẠI ÁNH SÁNG ĐI QUA MỘT MÔI BỘ CỘNG THEM PHÁT XẠ KÍCH CÁC ĐẶC TÍNH CỦA TIA CHÊ TẠO ỨNG DỤNG CỦA GIỚI THIỆU VỀ QUANG HỌC PHI SƠ LƯỢC VỀ MỘT SỐ HIỆU ỨNG QUANG PHI LIỆU THAM KHẢO