大学物理波动光学光的衍射1904光学仪器分辨率.pptx

第第第第1919章章章章 光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射19.4 19.4 光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领19.4 光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领第第第第1919章章章章 光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射19.4 19.4 光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领 平行光通过圆孔经透镜会聚，照射在焦平面处平行光通过圆孔经透镜会聚，照射在焦平面处的屏幕上，也会形成衍射图样。的屏幕上，也会形成衍射图样。衍射图样是一组同心的明暗相间的圆环，中央处是一个衍射图样是一组同心的明暗相间的圆环，中央处是一个亮圆斑。亮圆斑。中央明区集中了衍射光能的中央明区集中了衍射光能的 83.5%一、圆孔一、圆孔夫琅禾费夫琅禾费衍射衍射爱爱里里斑斑第第第第1919章章章章 光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射19.4 19.4 光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领圆孔衍射圆孔衍射光强分布光强分布10夫琅禾费圆孔衍射光强分布夫琅禾费圆孔衍射光强分布*第第第第1919章章章章 光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射19.4 19.4 光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领爱爱里里斑斑 第一暗环所围成的中央第一暗环所围成的中央光斑称为光斑称为爱里斑。爱里斑。第一暗环对应的衍射角第一暗环对应的衍射角 称为称为爱里斑的半角宽爱里斑的半角宽，经圆孔衍射后，一个点光源对应一个爱里斑。经圆孔衍射后，一个点光源对应一个爱里斑。：艾里斑直径：艾里斑直径第第第第1919章章章章 光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射19.4 19.4 光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领 按照波动光学的观点，透镜相当于一个圆孔，由按照波动光学的观点，透镜相当于一个圆孔，由于衍射的存在，一个物点通过透镜所成的像，不是于衍射的存在，一个物点通过透镜所成的像，不是一个几何点像，而是一个有一定大小的爱里斑。一个几何点像，而是一个有一定大小的爱里斑。大多数光学仪器所用透镜的边缘都是圆形，圆大多数光学仪器所用透镜的边缘都是圆形，圆孔的夫琅和费衍射对成象质量有直接影响。孔的夫琅和费衍射对成象质量有直接影响。一一对应一一对应几何光学几何光学:物点物点像点像点一一对应一一对应波动光学波动光学:物点物点像斑像斑二、二、光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领光学仪器对点物成像，是一个有光学仪器对点物成像，是一个有一定大小的爱里斑。一定大小的爱里斑。第第第第1919章章章章 光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射19.4 19.4 光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领两个物点通过透镜所成的像，就是两个爱里斑。两个物点通过透镜所成的像，就是两个爱里斑。瑞利给出恰可分辨两个物点的判据。瑞利给出恰可分辨两个物点的判据。若两物点距离很近，对应的两个爱里斑可若两物点距离很近，对应的两个爱里斑可能部分重叠而不易分辨。能部分重叠而不易分辨。S1S2光学仪器对点物成像，是一个有光学仪器对点物成像，是一个有一定大小的爱里斑。一定大小的爱里斑。第第第第1919章章章章 光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射19.4 19.4 光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领 1、瑞利判据、瑞利判据 对于两个强度相等的对于两个强度相等的不相干的不相干的点光源点光源(物点物点)，一个点光源的衍射图样的一个点光源的衍射图样的主极大主极大刚好和另一点光源刚好和另一点光源衍射图样的衍射图样的第一极小第一极小相相重合重合，这时两个点光源（或，这时两个点光源（或物点）恰为这一光学仪器所分辨。物点）恰为这一光学仪器所分辨。第第第第1919章章章章 光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射19.4 19.4 光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领*2、光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领（两光点刚好能分辨）（两光点刚好能分辨）光学仪器的通光孔径光学仪器的通光孔径满足瑞利判据的两物点间的距满足瑞利判据的两物点间的距离，就是光学仪器所能分辨的最小离，就是光学仪器所能分辨的最小距离。此时，距离。此时，两个物点对透镜中心两个物点对透镜中心所张的角所张的角，称为称为最小分辨角最小分辨角。第第第第1919章章章章 光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射19.4 19.4 光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领光学仪器分辨率光学仪器分辨率光学仪器的最小分辨角越小，分辨率就越高。光学仪器的最小分辨角越小，分辨率就越高。第第第第1919章章章章 光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射19.4 19.4 光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领 对望远镜，对望远镜，不变，不变，尽量增大透镜孔径尽量增大透镜孔径 D，以，以提高分辨率。提高分辨率。一般天文望远镜的口径都很大，世界上最大的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，直径天文望远镜在智利，直径16米，由米，由4片透镜组成。片透镜组成。对显微镜，对显微镜，主要主要通过减小波长来提高分辨率。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。用它来观察分子结构。荣获荣获 1986 年诺贝尔物理学奖的扫描隧道显微镜年诺贝尔物理学奖的扫描隧道显微镜最小分辨距离已达最小分辨距离已达 0.01，能观察到单个原子的运，能观察到单个原子的运动图像。动图像。提高光学仪器分辨本领的两条基本途径：提高光学仪器分辨本领的两条基本途径：第第第第1919章章章章 光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射19.4 19.4 光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领 1990 年发射的年发射的哈勃哈勃太空望远镜的凹面物镜太空望远镜的凹面物镜的直径为的直径为2.4m，最小分最小分辨角辨角 ，在大气层，在大气层外外 615km 高空绕地运行高空绕地运行,可观察可观察130亿光年远的太亿光年远的太空深处空深处,发现了发现了500 亿个亿个星系。星系。第第第第1919章章章章 光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射19.4 19.4 光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领解（解（1）（2）例：例：设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm，而在而在可见光中，人眼最敏感的波长为可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，问：问：（1）人眼的最小分辨角有多大？人眼的最小分辨角有多大？（2）若物体放在距人眼若物体放在距人眼25cm（明视距离）明视距离）处，则处，则两物点间距为多大时才能被分辨？两物点间距为多大时才能被分辨？第第第第1919章章章章 光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射19.4 19.4 光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领眼睛的最小分辨角为眼睛的最小分辨角为设人离车的距离为设人离车的距离为 S 时，恰能分辨这两盏灯。时，恰能分辨这两盏灯。取取解：解：d=120 cmS由题意有由题意有观察者观察者在迎面驶来的汽车上，两盏前灯相距在迎面驶来的汽车上，两盏前灯相距120 cm，设夜间，设夜间人眼瞳孔直径为人眼瞳孔直径为5.0 mm，入射光波为，入射光波为 550 nm。例：例：人在离汽车多远的地方，眼睛恰能分辨这两盏灯？人在离汽车多远的地方，眼睛恰能分辨这两盏灯？求：求：