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 . a2 22,1 λ ≥ 3.10-4 rad (6.3) 3. Năng suất phân cách của kính hiển vi. Các công thức trong trường hợp nhiễu xạ Fraunhofer 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 ≥ a F 2 22,1 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) Cl ick to b uy N OW !PD F- XCh ange Viewer w w w.docu-track .c om Cl ick to b uy N OW !PD F- XCh ange Viewer w w w.docu-track .c om http://www.pdfxviewer.com/ http://www.pdfxviewer.com/ SS.7. 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 Cl ick to b uy N OW !PD F- XCh ange Viewer w w w.docu-track .c om Cl ick to b uy N OW !PD F- XCh ange Viewer w w w.docu-track .c om http://www.pdfxviewer.com/ http://www.pdfxviewer.com/ Ta có độ lệch D = i - io Hay 01 =−= oo di di di dD 1= odi di Mà ta có sini - sinio = k (n ⇒ cosi . di – cosio. dio = 0 hay i i di di o o cos cos = 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 kn Dm 2 sin2 =λ P kλ Po kλ’ (k+1)λ H. 49 Cl ick to b uy N OW !PD F- XCh ange Viewer w w w.docu-track .c om Cl ick to b uy N OW !PD F- XCh ange Viewer w w w.docu-track .c om http://www.pdfxviewer.com/ http://www.pdfxviewer.com/ (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 kN= ∆λ λ A P Q B F Σ L S’ (E) B’ Q’ P’ A’ H. 8.1 A H. 8.2 Σ P Q B Cl ick to b uy N OW !PD F- XCh ange Viewer w w w.docu-track .c om Cl ick to b uy N OW !PD F- XCh ange Viewer w w w.docu-track .c om http://www.pdfxviewer.com/ http://www.pdfxviewer.com/ Vậy 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 Cl ick to b uy N OW !PD F- XCh ange Viewer w w w.docu-track .c om Cl ick to b uy N OW !PD F- XCh ange Viewer w w w.docu-track .c om http://www.pdfxviewer.com/ http://www.pdfxviewer.com/ LỜI NÓI ĐẦU Chương I: QUANG HÌNH HỌC SS1. NHỮNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA QUANG HÌNH HỌC. SS2. GƯƠNG PHẲNG VÀ GƯƠNG CẦU. SS3. CÁC MẶT PHẲNG KHÚC XẠ. SS4. MẶT CẦU KHÚC XẠ. SS 5. QUANG HỆ ĐỒNG TRỤC. SS6. SỰ KẾT HỢP CỦA HAI HỆ ĐỒNG TRỤC. SS 7. THẤU KÍNH. SS8. MỘT SỐ KHUYẾT ĐIỂM CỦA THẤU KÍNH TRONG SỰ TẠO HÌNH. SS 9. MẮT. SS10. CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC. SS 11. CÁC ĐẠI LƯỢNG TRẮC QUANG. Chương II: GIAO THOA ÁNH SÁNG SS.1. HÀM SỐ SÓNG – CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA SÓNG ÁNH SÁNG. SS.2. NGUYÊN LÝ CHỒNG CHẤT. SS. 3. NGUỒN KẾT HỢP – HIỆN TƯỢNG GIAO THOA. SS.4. GIAO THOA KHÔNG ĐỊNH XỨ CỦA HAI NGUỒN SÁNG ĐIỂM. SS.5. CÁC THÍ NGHIỆM GIAO THOA KHÔNG ĐỊNH XỨ. SS.6. KÍCH THƯỚC GIỚI HẠN CỦA NGUỒN SÁNG. SS. 7. GIAO THOA VỚI ÁNH SÁNG KHÔNG ĐƠN SẮC. SS. 8. GIAO THOA DO BẢN MỎNG – VÂN ĐINH XỨ. SS. 9. CÁC MÁY GIAO THOA. SS. 10. VÀI ỨNG DỤNG KHÁC CỦA HIỆN TƯỢNG GIAO THOA. Chương III: SỰ NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG SS. 1. CÁC THÍ NGHIỆM MỞ ĐẦU VỀ NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG. SS. 2. NGUYÊN LÝ HUYGHENS – FRESNEL. SS.3. ĐỚI FRESNEL. SS.4. NHIỄU XẠ FRESNEL. SS.5. NHIỄU XẠ FRAUNHOFER. SS.6. NĂNG SUẤT PHÂN CÁCH CỦA CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC. SS.7. QUANG PHỔ CÁCH TỬ. SS.8. TƯƠNG PHẢN PHA. SS.9. PHÉP TOÀN KÝ. Chương IV: HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC ÁNH SÁNG SS1 . ÁNH SÁNG TỰ NHIÊN VÀ ÁNH SÁNG PHÂN CỰC. SS.2. Thí nghiệm Malus. SS.3. Định luật Brewster. SS.4. Khảo sát lý thuyết về sự phân cực do phản chiếu. SS.5. Độ phân cực. SS.6. Môi trường dị hướng. SS.7. Bê mặt sóng thường - bê mặt sóng bất thường. SS.8. Chiêt suất. SS.9. Cách ve tia khúc xạ. Cách ve Huyghens. SS.10. Sự phân cực do khúc xạ qua môi trường dị hướng. SS.11. Các loại kính phân cực . SS.12. Định luật Malus. SS.13. Thí nghiệm Arago - Fresnel. SS.14. Khảo sát chấn động Elip. SS.15. Khảo sát cường độ sáng của vân. SS.16. Phương ưu đãi. SS.17. Hiệu quang lộ giữa tia thường và tia bất thường gây ra do bản tinh thể. SS.18. Chấn động elip truyền qua một nicol. SS.19. Các bản mỏng đặc biệt. SS.20. Phân biệt các loại ánh sáng phân cực. SS.21. Tác dụng của bản tinh thể dị hướng đối với ánh sáng tạp - Hiện tượng phân cực SS.22. Khảo sát quang phổ trong hiện tượng phân cực màu. SS.23. Lưỡng chiết do sự nén. SS.24. Lưỡng chiết điện (hay hiệu ứng Kerr). SS.25. Lưỡng chiết từ. SS.26. Thí nghiệm về phân cực quay. SS.27. Định luật Biot. SS.28. Lý thuyêt về hiện tượng phân cực quay. SS.29. Kiểm chứng thuyết Fresnel. SS.30. ĐƯỜNG KẾ. SS.31. TÁN SẮC DO HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC QUAY. SS.32. THÍ NGHIỆM VỀ PHÂN CỰC QUAY TỪ. SS.33. ĐỊNH LUẬT VERDET. SS.34. SỰ KHÁC BIỆT GIỮA PHÂN CỰC QUAY TỪ VÀ PHÂN CỰC QUAY SS.35. ỨNG DỤNG: KÍNH TRONG SUỐT MỘT CHIỀU. Chương V: SỰ TÁN SẮC ÁNH SÁNG SS.1. HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC THƯỜNG. SS.2. HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC KHÁC THƯỜNG. SS.3. NHỮNG HỆ THỨC CĂN BẢN TRONG THUYẾT ĐIỆN TỪ. SS.4. PHƯƠNG TRÌNH TRUYỀN CỦA MỘT CHẤN ĐỘNG ĐƠN SẮC - CHIẾTĐIỆN TỬ CỦA LORENTZ. SS.5. SO SÁNH ε’r và εr. SS.6. GIẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC. SS.7 . KÍNH QUANG PHỔ. SS.8. CÁC LOẠI PHỔ. SS.9. VẬN TỐC PHA - VẬN TỐC NHÓM. Chương VI: SỰ TÁN XẠ ÁNH SÁNG §§1. HIỆN TƯỢNG TÁN XẠ ÁNH SÁNG. §§2. SỰ TÁN XẠ BỞI CÁC HẠT NHỎ SO VỚI BƯỚC SÓNG – HIỆN TƯỢNG §§3. ĐỊNH LUẬT RAYLEIGH. §§4. THUYÊT ĐIỆN TỪ VỀ SỰ TÁN XẠ BỞI CÁC HẠT NHỎ. §§5. SỰ TÁN XẠ PHÂN TỬ. §§6. SỰ TÁN XẠ TỔ HỢP. §§7. GIẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG TÁN XẠ TỔ HỢP BẰNG THUYẾT LƯỢNG TỬ Chương VII: ĐO VẬN TỐC ÁNH SÁNG §§1. PHƯƠNG PHÁP ROMER. §§2. PHƯƠNG PHÁP DÙNG ĐĨA RĂNG CƯA. §§3. PHƯƠNG PHÁP GƯƠNG QUAY. §4. PHƯƠNG PHÁP MICHELSON. §§5. VẬN TỐC ÁNH SÁNG TRONG MÔI TRƯỜNG ĐỨNG YÊN. §§6. VẬN TỐC ÁNH SÁNG TRONG MỘT MÔI TRƯỜNG CHUYỂN ĐỘNG. §§7. GIẢI THÍCH THÍ NGHIỆM FIZEAU BẰNG THUYẾT TƯƠNG ĐỐI. Chương VIII: BỨC XẠ NHIỆT §§1. ĐỊNH NGHĨA. §§2. CÁC ĐẠI LƯỢNG TRONG PHÉP ĐO NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ. §§3. HỆ SỐ HẤP THỤ §§4. VẬT ĐEN. §§5.ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF §§6. Ý NGHIA CỦA ĐỊNH LUẬT KIRCHHHOFF. §§7. SỰ PHÁT XẠ CỦA VẬT ĐEN. §§8. ĐƯỜNG ĐẶC TRƯNG PHỔ PHÁT XẠ CỦA VẬT ĐEN. §§9. ĐỊNH LUẬT STEFAN - BOLTZMANN. §§10. ĐỊNH LUẬT DỜI CHỖ CỦA WIEN. §§11. PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG ĐẶC TRƯNG CỦA WIEN VÀ CỦA RAYLEIGH - §§12. LÝ THUYÊT PLANCK; SỰ PHÁT XẠ LƯỢNG TỬ. §§13. BỨC XẠ NHIỆT CỦA VẬT THỰC. §§14. HỎA KẾ QUANG HỌC. Chương IX: HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN §§1. THÍ NGHIỆM CĂN BẢN. §§2. TÊ BÀO QUANG ĐIỆN. §§3. KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM – CÁC ĐỊNH LUẬT. §§4. SỰ GIẢI THÍCH CỦA EINSTEIN - THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG. §§5. HIỆU ỨNG QUANG ĐIỆN TRONG. §§6. VÀI DỤNG CỤ QUANG ĐIỆN. §§7. LÝ THUYÊT VÊ PHOTON. Chương X: HIỆU ỨNG COMPTON §§1. KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM. §§2. KHẢO SÁT LÝ THUYẾT CỦA HIỆU ỨNG COMPTON. §§3. SÓNG VÀ HẠT. §§4. ÁP SUẤT ÁNH SÁNG (ÁP SUẤT BỨC XẠ). §§5. TÁC DỤNG HÓA HỌC CỦA ÁNH SÁNG. Chương XI: SỰ PHÁT QUANG §§1. ĐỊNH NGHĨA. §§2. PHÁT HUỲNH QUANG VÀ PHÁT LÂN QUANG. §§3. ĐỊNH LUẬT STOKES. §§4. KHẢO SÁT LÝ THUYẾT HIỆN TƯỢNG PHÁT HUỲNH QUANG. §§5. HIỆU SUẤT PHÁT HUỲNH QUANG. §§6. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ. §§7. ĐO THỜI GIAN PHÁT QUANG. §§8. HIỆN TƯỢNG PHÁT HUỲNH QUANG CHẬM VÀ PHÁT LÂN QUANG. §§9. CHẤT TĂNG HOẠT - TÂM ĐỘC. §§10. SỰ NHẠY HÓA. Chương XII: LASER §§1. SỰ PHÁT MINH LASER. §§2. SỰ PHÁT XẠ KÍCH ĐỘNG. §§3. SỰ KHUYẾCH ĐẠI ÁNH SÁNG ĐI QUA MỘT MÔI TRƯỜNG. §§4. BỘ CỘNG HƯỞNG. §§5. THEM PHÁT XẠ KÍCH ĐỘNG. §§6. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA TIA LASER. §§7. CHÊ TẠO LASER. §§8. ỨNG DỤNG CỦA LASER. §§9. GIỚI THIỆU VỀ QUANG HỌC PHI TUYẾN. §§10. SƠ LƯỢC VỀ MỘT SỐ HIỆU ỨNG QUANG PHI TUYẾN. TÀI LIỆU THAM KHẢO