光学《蔡履中》第四章.ppt

棱镜光谱仪及其与光栅、法——珀干涉仪分光性能的比较 （1）色散本领 通常应用中棱镜均放置于产生最小偏向角的方位，由于不同波长的光最小偏向角不同，故棱镜的角色散本领为： 又因 一般材料的色散率dn/d?0，故D?为负号。为提高色散本领，应采用n和|dn/d?|均较大的材料，对棱镜形状则要求其顶角?或底边b尽量大。 （2）色分辨本领 在x方向的棱镜的衍射效应相当于一个宽度为a的单缝衍射作用，故每条光谱线的半角宽度为 在最小偏向角附近，波长差为??的两谱线的角色散为 根据瑞利判据， 当棱镜材料相同时，其色分辨本领取决于棱镜底边长度，而与顶角无关 （3）色散本领 与法—珀干涉仪和光栅不同，棱镜没有零级和高级谱，故不会产生级次重叠现象，所以对于理想的无吸收棱镜，自由光谱范围是不受限制的，其自由光谱范围取决于材料的光谱透射特性。 棱镜光谱仪、普通光栅色分辨本领相对较低，自由光谱范围较大，用来作宽谱带光的分析。 法—珀干涉仪分光性能色分辨本领最高、自由光谱范围最小，用来对窄带光作超精细分析。 激光全息照相 伽伯出生匈牙利，德国、英国、从事电子显微镜分辨力研究，其关于全息学的开创性研究使其获得1971年诺贝尔物理学奖 Holo来源希腊语，完整之意 全息学holography 全息图hologram 全息照相是一个无透镜两步成像技术，第一步，采用光波干涉而实现对物光波前的全息记录；第二步，通过光波衍射而实现物光波的再现。能呈现真三维图像 * * * * * * * * * * * * * * * * 其它型式显微镜 扫描隧道显微镜：利用隧道电流效应 原子力显微镜：利用原子力效应 激光力显微镜：利用激光作用力 磁力显微镜：利用磁作用力 以上各类显微镜都属于探针触摸效应方式的，而光学显微镜和电子显微镜则属于光的视觉效应方式。 使用电子显微镜的一般要求 （1）由于电子显微镜镜体内为真空系统，所以要求被分析物质应为干燥的，不含有水分或挥发性溶剂的样品。 （2）对于透射电镜还要求被分析样品要做的很薄，最好在100纳米以下，以有利于电子束的穿透成像。 （3）当加速电压较高时，电子束的穿透力会更强，所以样品可以做得厚一些。 （4）扫描电镜表面一般溅金电极。 夫琅禾费衍射（二）非连通孔径 多缝衍射可以看做是单缝衍射和缝间干涉两种效应共同作用的结果。 多缝衍射图样的强度分布的特点： （1）其包络线形状与单缝衍射时相似，但强度增大到单缝时的N2倍； （2）比单缝衍射时多增加了一些零点以及随之而来的起伏。 为方便分析缝间干涉效应引入几个相关参量： 缝间光程差 缝间相位差 N缝总光程差 N缝总相位差 将每一单光束的振幅贡献看做一个分矢量，由于各缝宽度相等，在同一?下各分矢量长度应该相等，只是相邻矢量产生了大小为?的辐角变化，此N个首尾相接的分矢量总的转角为： ?=0时 ?=0 A10表示单缝衍射时中心点P0的振幅，P0点称为零级主极强。 ?=?/N时 ?N=2? ?=3?/2N时 ?N=3? 依次类推可得到各高级次极强和零点。直到?=?时，?=2?，各分矢量在后者比相邻前者多转一圈的条件下又全部同向排列起来，这时合成矢量为NA1?1,相应位置?1称为一级主极强。 按此规律，主极强又分各次极强和零点，再依次出现二级主极强、三级主极强等。 光强分布曲线作图法 多缝夫琅禾费衍射光强分布曲线的作图法步骤： （1）以sin?为横轴，作一级分点?/a，2?/a，3?/a,……以这些分点为零点，以单缝衍射强度的N2倍作包络线(虚线）。 （2）把每一个?/a区间分成n=d/a等份，得二级分点?/d，2?/d, 3?/d ……每一个?/a区间这种分点有n-1个，这些点相应于主极强 （3）把两相邻主极强之间再分成N等份，得三级分点?/Nd，2?/Nd, 3?/Nd ……两相邻主极强之间这种分点共有N-1个，这些点为零点，中间夹着N-2个次极强。 第3，6……级主极强恰好与单缝衍射的零点位置重合而消失，此现象称为缺级。 衍射光强公式的推导 （1）矢量图解法 单缝衍射在?=0处的振幅A10，设其在衍射角为?处振幅为A1?,则 其中 考虑缝间干涉，将两相邻缝间的相位差?的一半记为? 根据几何关系 缝间干涉因子 （2）复振幅计算法 单缝衍射的结果已经求出，把每一单缝光束看做一个整体，利用N个光束的复振幅的叠加来求总的复振幅和光强。 由单缝衍射的结果 每后一光束与前一光束相比振幅相同而相位滞后? P点合光场副振幅为 与矢量图解法结果相同 光强分布的特点 （1）图样的包络线是单缝衍射光强分布的N2倍，其零点位于 （2）主极强位于 （3）两相邻主极强之间有N-1个零点，它们位于 （4）两相邻主极强之间有N-2个次极强。 （5）缺极现象 （6）主极强的半角宽度 若d=na，则上式m为整数的主极强为