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最新-118圆孔衍射光学仪器的分辨率-PPT文档资料

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圆孔衍射和圆屏衍射-精品文档

圆孔衍射和圆屏衍射-精品文档

a an相差甚微 ， An （1）n为很小的整数， 1与 0 2 a1 a , A , I 1 （2） 相当于直线传播 2 4
（4）如平行光入射
n为很小的奇数 n为很小的偶数
（3） 观察点P的位置使波面上的第一个带露出， A 1 a 1
R
4.菲涅耳波带片
露出的半波带只让基数（或偶数带）透光如下图 光源、波带片、成像屏之间 的关系如下式所示，规律和 凸透镜成像规律一样。
n n n n n n n n n
n
n
n
rn
n
n n
rn n
n
n
n
n
半波带个数n的求法 R r 1 1 n rR R r
2 n 2 0
rn
为圆孔半径，
0
0
r 0 为孔屏到考察点 P 的距离
R
为光源到孔屏的距离
a1
1 1 讨论： A n a 1 a n 2 2
m个半波带被遮住
a a a a m 1 m 1 m 3 n ( a ) m 2 2 2 2 2 A (p ) 0 a a a a a m 1 m 1 m 3 n 1 a n n ( a ) ( ) m 2 2 2 2 2 2 2
1 1 1 1 2 ' R r0 f n
2 f n
设想制造一种屏使它对于考察点 P 只让奇数 半波带或只让偶数半波带透光，那么各半波带 相应各点到达 P 点的光程差为波的整数倍，即 相位相差2π的整数倍，因而相互加强，故 P 点的合振幅为 A a a n 2 n 1 或A n 2 n 这样的光学元件称波带片。 例如，某一波带片对P点露出前10个奇数带， 那么

第讲圆孔衍射,分辨率,x射线衍射

第讲圆孔衍射,分辨率,x射线衍射
（1）人眼的最小分辨角有多大？
（2）若物体放在距人眼25cm（明视距离）处，则 两物点间距为多大时才能被分辨？
解（1） min
1.22
D
1.22 5.5107 m 3 103 m
2.2104 rad
（2） d lmin 25cm 2.2 104
0.0055cm 0.055mm
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min
1.22
D
精品文档
光学仪器分辨率
R 1
min
D
1.22
D, 1
光学仪器的最小分辨(fēnbiàn)角越小，分辨(fēnbiàn) 率就越高。
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提高(tí gāo)光学仪器分辨本领的两条基本途径： 对望远镜， 不变，尽量增大透镜孔径 D，以提高 分辨率。 一般天文望远镜的口径都很大，世界上最大的天文 望远镜在智利，直径(zhíjìng)16米，由4片透镜组成。 对显微镜，主要通过减小波长来提高分辨率。电子 显微镜用加速的电子束代替光束，其波长约 0.1nm，用 它来观察分子结构。 荣获 1986 年诺贝尔物理学奖的扫描隧道显微镜最小 分辨距离已达 0.01 Å，能观察到单个原子的运动图像。
1953年英国的威尔金斯、沃森和克 里克利用X 射线的结构分析，得到了遗 传基因脱氧核糖核酸（DNA) 的双螺旋 结构，荣获了1962 年度诺贝尔生物和医 学奖。
精品文档
DNA 分子的 双螺旋结构
第17讲 圆孔,x射线(shèxiàn) 衍射
圆孔衍射 (yǎnshè)， 光学仪器分辨 率， x射线衍射 (yǎnshè)
精品文档
圆孔衍射
一、圆孔夫琅禾费衍射 平行光通过圆孔经透镜会聚(huìjù)，照射在焦平面
处的屏幕上，也会形成衍射图样。

11-8圆孔衍射 光学仪器的分辨率

11-8圆孔衍射 光学仪器的分辨率

例1 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约 为3 mm，而在可见光中，人眼最敏感的波 长为550 nm，问
(1)人眼的最小分辨角有多大？
(2)若物体放在距人眼25 cm（明视距离） 处，则两物点间距为多大时才能被分辨？
第十一章 光学
11
物理学
第五版
11-8
圆孔衍射
光学仪器的分辨本领
解 (1) 0 1.22
(1)有一毫米波雷达，其圆形天线直径 为55 cm，发射频率为220 GHz的毫米波， 计算其波束的角宽度； (2)将此结果与普通船用雷达发射的波 束的角宽度进行比较，设船用雷达波长为 1.57 cm，圆形天线直径为2.33 m .
第十一章 光学
13
物理学
第五版
11-8
圆孔衍射
光学仪器的分辨本领
解 (1) 雷达波由圆形天线发射，可看成是圆孔的衍射波，
物理学
第五版
11-8
圆孔衍射
光学仪器的分辨本领
一、圆孔的夫琅禾费衍射
实验装置
H
L
P
艾 里 斑
d
光通过圆孔也能产生衍射现象，称为圆孔衍射。
第十一章 光学
1
物理学
第五版
11-8
圆孔衍射
光学仪器的分辨本领
当单色平行光垂直照射到小圆孔时，在位于透镜焦平面处 的屏幕上，将出现环形衍射斑，中央是一个较亮的圆斑，它集 中了全部衍射光强的84%，称为中央亮斑或艾里斑，外围是一 组同心的暗环和明环，且强度随级次增大而迅速下降。 I
1.57102 m 2 2.44 2.44 0.016 4 rad D2 2.33m
第十一章 光学
14
2
9
物理学

11-8圆孔衍射 光学仪器的分辨率

11-8圆孔衍射 光学仪器的分辨率
0
= 1 . 22
λ
D
= 2 .2 × 10 rad
−4
= lθ 0 = 2.2 mm
第十一章 光学
6
等号两横线间距不小于 2.2 mm
物理学
第五版
1111-8
圆孔衍射 光学仪器的分辨本领
例2 太空望远镜 太空望远镜是1990 （1）哈勃太空望远镜是 ）哈勃太空望远镜是 年发射升空的天文望远镜 ，它的 主透镜直径为 2.4m , 是目前太 空中的最大望远镜 . 在大气层外 615km高空绕地运行 , 可观察 130 高空绕地运行 亿光年远的太空深处, 发现了500 亿个星系 . 试计算哈勃 试计算哈勃 亿光年远的太空深处 发现了 的红外光的最小分辨角. 望远镜对波长为 800nm 的红外光的最小分辨角 解 （1）哈勃望远镜的最小分辨角为 ）哈勃望远镜的最小分辨角为
D = ∝D 解 布太空望远镜的主透镜直径至少 θ 1.22λ
也可在红外频率下工作， 为 6m , 也可在红外频率下工作， 问与哈勃 哈勃望远镜相比韦布望远镜 问与哈勃望远镜相比韦布望远镜 的分辨率预计可以提高多少倍？ 的分辨率预计可以提高多少倍？
第十一章 光学
1
提高的倍数为
D′ = 2 .5 D
8
物理学
第五版
1111-8 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 问: 为什么我们看不清远处的物体呢 ？ 圆孔的衍射
衍射屏 L 观察屏
一
λ
相对光 强曲线 中央亮斑 (艾里斑 艾里斑) 艾里斑
1
I / I0
θ1
0 1.22(λ/D) sinθ
θ
艾里斑 圆孔孔径为D 圆孔孔径为
f
D ⋅ sin θ 1 ≈ 1.22λ

大学物理第12讲：10.4 圆孔衍射、光学仪器的分辨率

大学物理第12讲：10.4 圆孔衍射、光学仪器的分辨率

4、分辨本领： 最小分辨角的倒数
1 D 1 1.22 1
5、人眼的分辨本领
5 107 4 0 1.22 1.22 1 . 22 10 rad 3 D 5 10

思考： 望远镜的分辨本领？
显微镜的分辨本领？
课堂练习2：在迎面驶来的汽车上，两盏前灯相距120cm，设夜 间人眼瞳孔直径为5.0mm，入射光波长为500nm，问汽车离人多 远的地方，眼睛恰可分辨这两盏灯？
欧洲南方天文台将在智利阿塔卡玛沙漠建造世界最大 的天文望远镜。该望远镜镜片直径是一座足球场长度的一 半，它对可见光和红外线的灵敏度将是现存望远镜的十倍 。天文学家希望，这座望远镜能帮助人们破解有助于解释 宇宙演化的暗物质秘密，甚至能探测到外星人的行踪。 2020年前投入使用
1990 年发射的哈勃太空望远镜的凹面物镜的直径为2.4m ，最小分辨角 0.1'' ，在大气层外615km 高空绕地运行 , 可观察130亿光年远的太空深处, 发现了500 亿个星系 .
英豪天文台卡塞格林折反射光路的500毫米望 远镜，是目前华南地区最大的天文望远镜。
中国将在贵州建造世界上最大的望远镜
中国十一五期间，将投资60亿元用于十二项大科学工程 的建设，并将在贵州建造世界上最大的望远镜，它将使中国
的天文观测能力延伸到宇宙边缘，寻找第一代诞生的天体。
智利阿塔卡玛沙漠建造世界最大望远镜
显镜的分辨本领
最小分辨角 对于显微镜，孔径一 定，波长越短，分辨率 就越高，看得越细微。
1 D 1 1.22
1
孔径
波长
X射线的衍射
小 结：
1、圆孔衍射 2、光学仪器的分辨能力
作 业：
1、仔细阅读教材；

11-8圆孔衍射 光学仪器的分辨本领

11-8圆孔衍射 光学仪器的分辨本领

1
1.57102 m 2 2.44 2.44 0.016 4 rad D2 2.33m
2
第十一章 光学
物理学
第五版
11-8
圆孔衍射
光学仪器的分辨本领
1990 年发射的哈勃太空望远镜的凹面 物镜的直径为2.4 m，最小分辨角 0 0.1" 在大气层外 615 km 高空绕地运行,可观察 130亿光年远的太空深处，发现了500 亿个 星系 .
解 d 5 cm 0.05m 由
1.22
D
500 nm 5.010-7 m
5
S 160 km 1.610 m d S
照相机镜头的孔径至少应为:
1.22 S 1.22 5.0 107 1.6 105 D 1.952m d 0.05
11-8
圆孔衍射
光学仪器的分辨本领
这图片是棒旋星系NGC 6217，也是“哈勃”ACS照相机修复后拍 摄的第一张天体照片。在2009年5月STS-125任务组执行的“哈勃” 升级任务中，ACS经过修复后重新投入使用。据悉，NGC 6217图 片是ACS在7月8日和13日的最初测试中拍摄的。这个星系距离大熊 座约600万光年。 第十一章 光学
大学物理
§11-8 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领
最小分辨角
1 1.22

D
D
→艾里斑变小
当θ→0 ，为几何光学，光沿直线传播。
二、光学仪器的分辨本领
1. 几何光学与波动光学的区别 几何光学 : 波动光学 : (经透镜) 物点 象点 不考虑艾里斑 ( 经透镜 ) 物点 象斑 物(物点集合) 象(象斑集合) 考虑艾里斑
物理学

圆孔衍射 光学仪器的分辨率 衍射光栅


物理学教程 （第二版）
例2 太空望远镜 （1）哈勃太空望远镜是1990 年发射升空的天文望远镜 ，它的
主透镜直径为 2.4m , 是目前太 空中的最大望远镜 . 在大气层外 615km高空绕地运行 , 可观察 130 亿光年远的太空深处, 发现了500 亿个星系 . 试计算哈勃 望远镜对波长为 800nm 的红外光的最小分辨角.
k
增大．
第十四章 波动光学
广东海洋大学理学院教学课件
物理学教程 （第二版）
单缝衍射对光栅衍射的影响（缺级现象）
➢ 单缝衍射
干涉相消（暗纹）
b sin 2k
2
干涉加强（明纹）
bsin (2k 1)
2
➢ 多缝干涉极大
(b b')sin k
1
D1
2.44
1.36103 m 55102 m
0.00603rad
（2）
2
2.44
2
D2
0.0164 rad
第十四章 波动光学
广东海洋大学理学院教学课件
物理学教程 （第二版）
14-8 衍射光栅
一 光栅
许多等宽度、等距离的狭缝（或放射面）排列起
来形成的光学元件.
➢ 类型：透射光栅，反射光栅.
（1）有一毫米波雷达，其圆形天线直径为55cm， 发射频率为220GHz的毫米波，计算其波束的角宽度；
（2）将此结果与普通船用雷达发射的波束的角宽
度进行比较，设船用雷达波长为1.57cm，圆形天线直
径为2.33m .
解（1） 1
c
3108 m/s 220 109 Hz
1.36 10 3 m
1
2.44
物理学教程 （第二版）

一圆孔衍射培训课件-新版.ppt


＝ 0 1.22 / D
最小分辨角的倒数 1 称为光学仪器的分辨率

1 D
1.22
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1990 年发射的哈勃 太空望远镜的凹面物镜 的直径为2.4m ，最小分
辨角0 0.1"，在大气层
外 615km 高现了500 亿个 星系 .
ii
n1
n2

玻璃
反射光 ——部分偏振光
垂直于入射面的振动大于 平行于入射面的振动 。
折射光 ——部分偏振光
平行于入射面的振动大于 垂直于入射面的振动 。
理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关 。
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i0 i0

玻璃
布儒斯特定律（1812年）
n1
tan
i0

n2 n1
n2
反射光为线偏振光，且
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二.自然光、线偏振光、部分偏振光 1.线偏振光 ★光波的光矢量方向始终不变， 只沿一个固定方向振动。
★线偏振光的表示法：
光振动平行板面
光振动垂直板面
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2.自然光 ★无限多个振幅相等、振动方向 任意、彼此之间没有固定相位关 系的光振动组成。
光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上，既 有时间分布的均匀性，又有空间分布的均匀性。
利用玻璃片堆产生线偏振光

i
0



















玻璃片堆
(接近线偏振光)
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2.光的双折射现象 折射定律
i
双折射现象
n

第十讲 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领


波动光学
解
(1) 0
1.22
D
1.22 5.5107 m 3103 m
2.2104rad
(2) d l0 25 cm 2.2104
0.005 5 cm 0.055 mm
波动光学
第十讲 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领
波动光学
大碗岛的星期天下午—— Georges Seurat
波动光学
圆孔衍射 光学仪器的分辨本领
一、圆孔衍射
HP
L
艾 里 斑
d
I
84%
能量
1.22λ 1.22 λ
D
D
sin θ
波动光学
艾 里 斑
d
L
D
P
d
f
d ：艾里斑直径
d 2 1.22
f
JEM-2000EXII
电子的德布罗意波长 很短，从而可以使电 子显微镜的分辨率比 光学显微镜大大提高, 可达十多万倍。用电 子显微镜可分辨10-10m 的两个点。
波动光学
例题 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3 mm，而在可见光中，人眼最敏感的波长为 550 nm，问
(1)人眼的最小分辨角有多大？ (2)若物体放在距人眼25 cm（明视距离） 处，则两物点间距为多大时才能被分辨？
1
D
1
0 1.22
D,
提高分辨本领有两个途径 :
1、增大孔径（天文望远镜）
1990 年发射的哈勃太空望 远镜的凹面物镜的直径为 2.4 m，最小分辨角0.1 ″ ， 在大气层外 615 km 高空绕 地运行,可观察130亿光年远 的太空深处，发现了500 亿 个星系。
2、减小波长（电子显微镜）
波动光学

圆孔衍射衍射光栅



a +b

屏

a
b f
0
x
(a+b) sin ——相邻两缝光线的光程差
光栅常数：a+b 数量级为10-5~10-6m
第十一章 光学
8
物理学
第五版
11-9 二、光栅的衍射规律 光栅每个缝形成各自的单缝衍射图样。
衍射光栅
光栅缝与缝之间形成的多缝干涉图样。
光栅衍射条纹是单缝衍射与多缝干涉的总效果。
1、光栅公式
4
0.005 5 cm 0.055 mm
第十一章 光学
5
物理学
第五版
11-9
衍射光栅
一
光栅
由大量等间距、等宽度的平行狭 缝所组成的光学元件。
透射光栅
用于透射光衍射的光栅
第十一章 光学
6
物理学
第五版
11-9
衍射光栅
反射光栅
用于反射光衍射的光栅
第十一章 光学
7
物理学
第五版
11-9
衍射光栅 衍射角
=k'
即
缝间光束干 (a+b)sin 涉极大条件
=k
d k k' ( k' 1,2 , ) a
k 就是所缺的级次
物理学
第五版
11-9
衍射光栅
a 3 当a与b成整数比时,例如 b 5
则有,
d ab 8 k k' k' ( 1 a / b )k' k' a b 5
第十一章 光学
16
物理学
第五版
11-9
衍射光栅
衍射光谱分类 连续光谱：炽热物体光谱 线状光谱：放电管中气体放电 带状光谱：分子光谱
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S1 0
S2
恰能分辨
爱里斑
A2 A1
L
D
P


d
f
d ：艾里斑直径
d 21.22
f
D
三 光学仪器的分辨率 （两光点刚好能分辨）
最小分辨角
S1
0
S2
恰能分辨
爱里斑
A2 A1
最小分辨角
0
1.22
D
光学仪器分辨率 1
0
D
1.22

D, 1

1990 年4月24日发射的哈勃太空望远镜 凹面物镜的直径为2.4m ，最小分辨角 0 .1" ．
(2019年10月) 墨西哥帽系(类似于宽边高顶的墨西哥帽)，位于 其赤道面以北仅六度处。该星系的特点是亮白，其球形内核周围 环绕着由星系螺旋结构形成的厚厚的尘埃带。从地球上看去，星 云倾斜得几乎侧立。
(2019年) 显示的是旋转着跨越数万亿公里星际空间的尘埃 螺旋。图像展示了环绕遥远的恒星麒麟座V838（V838 Mon）扩 大的光环。V838 Mon位于麒麟星座方向、距地球约20000光年 的地方，在我们的银河系边缘。
(2019年9月) “猫眼星云”---最早发现的行星状星云之一， 1786年2月15日，威廉·赫歇尔发现了这个星云。
(2019年2月) 展示的是巨型风车星系M101，最著名的大型旋 涡之一。这个由恒星、尘埃和气体组成的巨大圆盘直径170000光 年，近两倍于我们的银河系。星系位于极地星座大熊星座北部， 距离地球2500万光年。
在大气层外 615km 高空绕地运行 , 可观察 130亿光年远的太空深处，发现了500 亿个星系 .
由气体和尘埃组成的三光年高柱子上的混沌活动——附近明亮星星的光辉 正在蚕食它的顶部。柱子内部也遭到攻击——埋在内部的新星迸射出气体，在 高耸山峰上升腾出看得见的蒸汽。这座动荡的宇宙高峰位于骚动的恒星孵化器， 7500光年外的船底星座南部“船底星云”内。
(2019年) 显示了ZwCl0024+1652星系团中黑暗物质幽灵般 的环。这张图像是迄今为止证明弥漫宇宙的未知物质——黑物 质存在的最强有力的证据之一。
(2019年2月6日)这张图像显示了类似我们太阳的一颗恒星的 “最后努力”。它通过摆脱环绕星体残留内核形成茧的外层气体， 结束了自己的生命。随后，这颗渐渐消亡的恒星散发出的紫外线 使该物质发光。这颗烧毁的恒星被称为白矮星，在中心以白点的 形像显现。
（2009年5月）行星状星云K4-55的图像。 其中的各种颜色代表 星云内各种气体云彩的构成：红色代表氮气；绿色代表氢气；蓝色 代表氧气。K4-55位于约4600光年外的天鹅星座内。
（2009年7月）展示了巨大的球状星云欧米伽半人马内部的一个 小区域，那里拥有近千万颗恒星。欧米伽半人马内的恒星年龄在 100亿岁至120亿岁之间。这个星云距地球约16000光年。
(2019年4月) 锥形星云，M17麒麟座内的H II区域。 1785年12月26日，威廉·赫歇尔发现了距地球2600光年的M17。
2019年4月，为纪念哈勃发射十三周年而公布。这张图像 捕捉到的是M17（亦称欧米伽或天鹅星云）的一个小区域。它 位于中地球5500光所的人马座。
(2019年7月) 图像中的精美细丝是来自附近星系恒星爆炸产生的残骸碎片。
2009年9月公布的这张图像，是由整修过的哈勃 太空望远镜拍摄的，展示了类似精致蝴蝶的一个天体。
2009年9月公布的这张图像，由整修过的哈勃太空望远镜拍 摄，展示了著名的星系五重奏成员之间的不协调，揭示了恒星分 类的组合，其色域宽广，有年轻的蓝星，也有年长的红星。
(2009年12月) 展示了由温暖发光的云彩环绕着的明亮蓝星。这张喜庆的 图像是年轻的恒星组——大麦哲伦星系动荡的新星诞生区、我们银河系的卫 星星系、剑鱼座30号星云中的R136——最精细的视图。众多已知恒星中有许 多钻石似的冰冷蓝星。其中许多比我们的太阳大一百多倍。
（2）若物体放在距人眼25cm（明视距离）处，则两物点 间距为多大时才能被分辨？
s1*
0
d
s 2*
f
2
例1 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm，而 在可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，问
（1）人眼的最小分辨角有多大？
（2）若物体放在距人眼25cm（明视距离）处，则两物点 间距为多大时才能被分辨？
三 光学仪器的分辨率 （两光点刚好能分辨）
最小分辨角
S1
0
S2
恰能分辨
爱里斑
A2 A1
最小分辨角 0
1.22
D
光学仪器分辨率 1 D D , 1
0 1.22
ห้องสมุดไป่ตู้
例1 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm，而 在可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，问
（1）人眼的最小分辨角有多大？
解（1）
0
1.22
D
1.225.5107m 3103m
2.2104rad
例1 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm，而 在可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，问
（1）人眼的最小分辨角有多大？
第十一章 光学 --- 光的衍射
11-6 光的衍射 11-7 单缝衍射 11-8 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 11-9 衍射光栅
一 圆孔衍射
HP
L
L
D
P


d
f
艾 里 斑
d
d ：艾里斑直径
d 21.22
f
D
L
D
P


d
f
d ：艾里斑直径
d 21.22
f
D
爱里斑半径 R f1.22 f
2019年8月，为纪念哈勃在十八年探索中第十万次环绕地球 而公布的图像，显示了NGC 2074星云附近的一小部分星云。这 是原始恒星风暴形成区。它位于约170000光年外最活跃的恒星形 成区之一蜘蛛星云附近。
(2019年12月) 哈勃捕捉到天空北部最明亮也是最著名的球状 星云之一---M13球状星云中数十万颗恒星游动的瞬间，看上去像 雪球中旋转的闪烁亮片---“哈勃雪球”。
D
DR,衍射效应越明显.
S1 S2

A2 A1
能分辨
S1
A2
S2
A1
不能分辨
二 瑞利判据
0.8I0
对于两个强度相等的不相干的点光源（物点）， 一个点光源的艾里斑的中心刚好和另一点光源艾里斑 的边缘相重合，这时两个点光源（或物点）恰为这一 光学仪器所分辨.
三 光学仪器的分辨率 （两光点刚好能分辨）