Chương 3: Nhiễu xạ ánh sáng

Các nguyên tử phân tử hay Ion cấu tạo nên vật rắn được sắp xếp theo cấu trúc tuần hoàn gọi là mạng tinh thể, vị trí các nguyên tử gọi là nút mạng. Khoảng cách giữa các nút mạng được gọi là chu kỳ của mạng tinh thể.Chiếu lên tinh thể một chùm tia Ronghen, mỗi nút mạng trở thành tâm nhiễu xạ và mạng tinh thể đóng vai trò như cách tử nhiễu xạ
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 3: Nhiễu xạ ánh sáng CHƯƠNG III NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG NHIỄU XẠ GÂY BỞI SÓNG CÂUI.Định nghĩa:Là hiện tượng tia sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng khi gặp vật cản có kích thước nhỏ- Nguyên lý Huygens- Nguyên lý Fresnel- Dùng nguyên lý Huygens – Fresnel giải thích hiện tượng nhiễu xạ ánh sángII. Phương pháp đới cầu Fresnel:Định nghĩa: Xét nguồn sáng điểm S phát ra ánh sáng đơn sắc bước sóng λ và điểm M được chiếu sáng.- Dựng mặt cầu tâm S bán kính R- Dựng các mạt cầu tâm M bán kính b, b+λ/2, b+2λ/2,….- Các mặt cầu tâm M chia mặt cầu tâm S thành các đới cầuTính chất-Diện tích các đới cầu bằng nhau: π Rb ∆S = λ R +b- Bán kính của đới cầu thứ k: Rbλ rk = k R+b- Theo nguyên lý Huygens mỗi đới cầu đều thành nguồnphát sáng thứ cấp, gọi ak là biên độ dao động sáng thứ k gửi đến M, a1> a2> a3 > …., khi k →∞ thì ak → 0- Khoảng cách 2 đới cầu kế tiếp là λ/2, hiệu pha của 2 đới 1 cầu kế tiếp gửiađế= Mangược k +1 ) nhau. Biên độ dao k n ( k −1 + a pha 2 độngIII. Nhiễu xạ của sóng cầu qua lỗ tròn nhỏXét nguồn sáng điểm S phát ra ánh sáng đơn sắc bước sóngλ qua lỗ tròn nhỏ AB đến điểm M.Dựng mặt cầu tâm S tựa vào ABDựng các đới cầu FresnelGỉa sử lỗ tròn AB chứa n đới cầuBiên độ dao động sáng tổng hợp tại M:  ana = a1 –a2 + a3 – a4 +….±an  a1  a1 a3   a3 a5  2a= +  − a2 + + − a4 +  + ... +  a a 2 2 2 2 2  n −1 − a n ≈ − n 2 2 a1 ana= ± 2 2Lấy dấu + nếu là lẻ, dấu – nếu n chẵn*Khi không có lỗ tròn AB hoặc kích thước AB lớn thì n→∞, cường độ sáng tại M 2 a I0 = a 2 = 1 4*Khi AB chứa số lẻ đới cầu 2  a1 a n  a1 a n a= + →I = +  2 2 2 2I > I0, đặc biệt nếu chứa 1 đới a =a1, I = 4I0, sáng nhất 2* Khi AB=ch1ứaasnố chẵn a1ới a nầu đ c a − →I = −  a 2 2 2 2IV. Nhiễu xạ của sóng cầu qua đĩa tròn nhỏGiữa nguồn sáng điểm S và điểm M có đĩa tròn nhỏ chắnsáng, dựng các đới cầu fresnel, giả sử đĩa che mất m đới cầu đầu tiên.Biên độ dao động sáng tại M:a = am+1 1 am+2a+am+3 –am+4+…..a m + 3  m + – +  m +1 − aa= m+2 +  + ...  2 2 2 a m +1a= 2Nếu đĩa che mất ít đới thì am+1 không khác a1 mấy, tại Msáng đặc biệt nếu đĩa che 1 đới thì tại M sáng nhất. Nhiễu xạ ánh sáng của sóng phẳngI. Nhiễu xạ của sóng phẳng qua một khe hẹpChiếu chùm tia sáng đơn sắc song song vuông góc với khehẹp có độ rộng b, sau khi đi qua khe hẹp tia sáng bị lệchtheo các phương khác nhau. Tùy theo góc nhiễu xạ φ tạiđiểm gặp nhau của các tia sáng trên màn quan sát đặt tại- Xét góc nhiễu xạ φ = 0, các tia sáng hội tụ tại tiêu điểm F của thấu kính. Tại đó là sáng nhất và gọi là vân sáng trung tâm- Xét góc nhiễu xạ φ ≠ 0, dựng các mặt phẳng vuông góc tia λ nhiễu xạ và cách nhau λ/2, chúng chia mặt khe thành các = 2 sin ϕ dải sáng b 2b sin ϕĐộ rộng một dải N= = λ Theo nguyên lý Huygens, mỗi dải sáng là nguồn phát sángthứ cấp, vì quang lộ của 2 dải kế tiếp gửi đến M là λ/2 nêndao động sáng do 2 dải kế tiếp gửi đến M ngược pha nhau.Do đó điều kiện tại M là vân tối: 2b sin ϕ λ = 2k hay sin ϕ = k , k = ±1, ± 2, ± 3,...N= λ bĐiềubkiệϕ tại M là vân sáng: 2 sin n λ = 2k + 1 hay sin ϕ = ( 2k + 1) , k = 1, ± 2, ± 3,...N= λ 2bCác vân sáng này có cường độ nhỏ hơn rất nhiều so với vânTóm lại:- Cực đại giữa: sinφ = 0- Cực tiểu nhiễu xạ: λ λ λ sin ϕ = ± , ± 2 , ± 3 ,... b b b- Cực đại nhiễu xạ: λ λ sin ϕ = ± 3 , ± 5 , ... 2b 2b Nhiễu xạ của sóng phẳng qua cách tử nhiễu xạĐịnh nghĩa: Cách tử phẳng là hệ nhiều khe hẹp giống nhaucó độ rộng b, nằm song song cách đều nhau trên cùng mặtphẳng.Khoảng cách giữa hai khe hẹp liên tiếp gọi là chu kỳ cáchtử dSố khe hẹp trên một đơn 1 ị chiều dài: v n= dChiếu một chùm tia sáng đơn sắc song song vuông góc vớicách tử nhiễu xạ gồm n khe hẹp có chu kỳ d.Vì các khe hẹp có thể coi như các nguồn kết hợp, nên ngoàihiện tượng nhiễu xạ qua một khe còn có hiện tượng giaothoa gây bởi các khe.Điều kiện cực tiểu nhiễu xạ gọi là cực tiểu chính: λ sin ϕ = k , k = ± 1, ± 2, ± 3,.. bXét sự phân bố cường độ sáng giữa hai cực tiểu chính:Hiệu quang lộ của 2 tia sáng từ hai khe kế tiếp:L2 –L1 = dsinφ = mλ thì tại M là vân sáng gọi là cực đạichính. Vậy điều kiện cực đại chính: λ sin ϕ = m , m = 0, ± 1, ± 2, ± 3,... dVì d > b nên giữa hai cực tiểu chính có thể có nhiều cực đạichính.*Xé ...