第55講∶波動光學光學衍射(2)-資料下載頁
2025-08-27 15:58本頁面
【導(dǎo)讀】1．掌握圓孔衍射艾理斑公式，并能用來分析光學儀器的分辨率；2．掌握光柵衍射的基本規(guī)律；惠更斯-菲涅耳原理。單縫夫瑯和費衍射實驗現(xiàn)象。具有重要的實際意義。這對于分析光學儀器的成像質(zhì)量是比不可少的。明暗相間的同心圓環(huán)組成。光學儀器中的透鏡，光都相當于一個透光的小圓孔。點狀物經(jīng)光學儀器成像后實際上是一個衍射圖樣，其愛里斑有一定大小。點物就相當于在透鏡L1物方焦點處，經(jīng)通光孔徑A，進行夫瑯和費衍射，在透鏡L2的像方焦點處形成的中央零級明斑中心。視力正常的人來說是恰好可以分辨的。儀器的最小分辨角，其倒數(shù)稱為光學儀器的分辨率或分辨本領(lǐng)。即滿足瑞利判據(jù)時，兩個艾理斑中心的角距離等于每個艾理斑的半角寬度。除透射光柵外，還有平面發(fā)射光柵和凹面光柵等。由一組相互平行，等寬、等間隔的狹縫構(gòu)成的光學器件稱為光柵。而形成光柵衍射圖樣。光柵衍射條紋的主要特點：明紋細而明亮，明紋間暗區(qū)
【正文】 的金屬。由此發(fā)展了一門新技術(shù)領(lǐng)域 —— X 射線探傷學。 二、勞厄?qū)嶒灒? X 射線是電磁波，也可以產(chǎn)生干涉、衍射等現(xiàn)象。在倫琴發(fā)現(xiàn) X 射 線后的十多年內(nèi)， X射線的波動性一直沒有被實驗證實。主要原因是 X 射線的波長太短，普通光柵aλ （ X 光的波長），無法觀察到衍射現(xiàn)象。 第 55 講 波動光學 —— 光的衍射（ 2） 11 1912 年，勞厄（ . Loue）考慮到晶體中原子排列成有規(guī)則的空間點陣，原子間距為 1010m的數(shù)量級，與 X射線的波長同數(shù)量級，因此可以利用晶體作為天然光柵。根據(jù)勞厄的設(shè)想設(shè)計的 X 射線衍射的實驗稱為勞厄?qū)嶒?。實驗裝置為：一束 X 射線穿過鉛板上的小孔后射向一單晶片，經(jīng)晶片衍射后使底片感光，結(jié)果在底片上得到一些規(guī)則分布的 斑點，稱為勞厄斑點。它是由相互加強的 X 射線束在照相底片上感光所形成的衍射斑點。 勞厄?qū)嶒炞C明了 X 射線的波動性，同時還證實了晶體中原子排列的規(guī)則性，其間隔與 X 射線的波長同數(shù)量級。對勞厄斑點的位置及強度進行研究，可以推斷晶體中原子的排列。 X 射線衍射實驗已經(jīng)發(fā)展成為晶體結(jié)構(gòu)研究的重要手段。 1953 年， M. Wilkins（ 23 歲）， . Walson 與 . Crick（ 35歲）利用 X 射線結(jié)構(gòu)分析的方法，得到了遺傳因子脫氧核糖核酸（ DNA ,Deoxyribose Nucleic Acid）的雙螺旋結(jié)構(gòu) — — 20世紀生命科學中最偉大的成就， 1962 年獲得諾貝爾生物和醫(yī)學獎。 三、布拉格公式： 1． Bragg公式 布拉格父子（ W. H. Bragg和 W. L. Bragg）與 1913 年提出一種較為簡單的研究 X 射線衍射的方法，他們認為晶體是由一系列平行原子層組成的，這些原子層稱為晶面。在 X 射線的 照射下，晶體表面和內(nèi)部每一原子層的原子都成為子波中心，向 第 55 講 波動光學 —— 光的衍射（ 2） 12 各個方向發(fā)出 X 射線，這種現(xiàn)象稱為散射。這些散射的 X 射線彼此相干，在空間將產(chǎn)生干涉。 對于不同晶面所散射的 X 射線，其相干疊加后的強度由相鄰兩束“反射光”的光程差確定，即 ?sin2dCBAC ?? 式中 d 為各原子層之間的距離，稱為晶格常數(shù)。當符合下列條件時 ?,321k s i n2 ，， ??? ?? kd 各層“反射線”互相加強，形成亮點。此公式稱為布拉格公式。 2．勞厄?qū)嶒灥慕忉專? 勞厄斑點的定性 解釋：晶體內(nèi)有許多不同方向的原子層，各原子層組的晶格常數(shù) d各不相同。當 X射線從一定方向入射到晶體表面時，對不同原子層組的掠射角也不同，因此從不同的原子層組散射出去的 X 射線只有滿足 Bragg公式時，才能相互加強，在底片上形成勞厄斑點。 四、 X射線衍射的應(yīng)用： X 射線的應(yīng)用不僅開創(chuàng)了研究晶體結(jié)構(gòu)的新領(lǐng)域，而且用它可以作光譜分析，在科學研究和工程技術(shù)上有著廣泛的應(yīng)用。在醫(yī)學和分子生物學領(lǐng)域也不斷有新的突破。右圖是手指的 X 射線照片。 在醫(yī)學和分子生物學領(lǐng)域也不斷有新的突破。 1953 年英國的威爾金斯、沃森和克里 克利用 X 射線的結(jié)構(gòu)分析得到了遺傳基因脫氧核糖核酸（ DNA） 的雙螺旋結(jié)構(gòu)，榮獲了 1962 年度諾貝爾生物和醫(yī)學獎。 ? 若晶體 d 已知，測得 φ ，可得 X 射線的波長 —— 光譜分析法 ? 若 X 射線波長已知，測得 φ ，可知晶體結(jié)構(gòu) —— 分析晶體結(jié)構(gòu) 1953年英國的威爾金斯、沃森和克里克利用 X 射線的結(jié)構(gòu)分析得到了遺傳基因脫氧核糖核酸（ DNA） 的雙螺旋結(jié)構(gòu)，榮獲了 1962 年度諾貝爾生物和醫(yī)學獎。 167。 17－ 11 全息照相簡介 本節(jié)為自學內(nèi)容，不要求掌握。 小結(jié)： ? 圓孔衍射 光學儀器的分辨率 ? 衍射光柵 ? X 射線的衍射
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