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光的衍射



经典,我们认为光总是直线行驶,但是,当光波附近的一个障碍通过他们往往弯曲解决这一障碍,并成为传播出去。时,发生光的衍射光波通过一个角落里,或通过开口或缝隙,是身体上的近似大小,甚至比光的波长小。







在光源前你的手,慢慢地关闭了两个手指,同时观察它们之间传输的光,可以由一个非常简单的演示衍射。由于手指相互接近,非常接近在一起,你会看到一系列的暗线平行的手指。平行线衍射图案。这种现象也可能发生,时轻时是“弯曲”周围的粒子上的光的波长的数量级相同的顺序。一个很好的例子是云,我们经常提到的一线希望,如图1所示,海洋上空的一个美丽的夕阳,阳光的衍射。



我们经常可以观察柔和色调的蓝色,粉色,紫色,绿色所产生的云层,当光线从云中的水滴衍射。衍射的数额取决于光的波长,波长较短,在一个更??大的角度比较长的衍射(实际上,蓝色和紫色的光线衍射在一个更高的角度,比红灯)。由于光波穿过大气层行驶,遇到水滴,如下图所示,它是先在水中折射:空中接口,那么它是反映,因为它再次遇到的接口。梁,里面还有水滴的旅行,是再次折射,因为它的接口,为第三次罢工。这Zui后的互动与接口折射到大气中的光背,但它也衍射光的一部分,如下所示。衍射元素,导致这种现象称为切利尼的光环(又称Heiligenschein效果),其中一个明亮的光环围绕观察员的头上的阴影。







衍射和散射往往交替使用,被认为是几乎代名词。衍射描述了一个专门的案件中,光散射与经常重复的功能(如光栅)对象产生有序的衍射光的衍射图。在现实世界中的大多数对象是非常复杂的形状,并应考虑将许多个人衍射的功能,可统称产生一个随机散射光组成。



其中一个经典的和Zui根本的概念,涉及衍射的光单缝衍射实验中,首先在十九世纪初进行。当光波通过狭缝中传播(或光圈)的结果取决于入射光的波长与光圈的物理尺寸。这是假设从点源S发出的一个连贯的,单色波,类似将激光产生的光通过光圈ð是衍射的主要入射光束着陆点P和第一,如图3所示二次极大值发生在点问







正如在图的左侧,当波长(λ)是比光圈宽度(D)小所示,波在一条直线上简单的旅行开始,就像它将如果它是一个粒子或没有光圈目前。然而,当波长超过光圈的大小,我们的经验根据方程的光衍射:



sinθ=λ/ D



其中,θ是中央事件之间的传播方向和衍射图样的第一极小的角度。实验产生一个明亮的中央Zui高,两侧双方二次极大,每个成功的二次下降的Zui大距离为中心增加强度,。图4说明了这一点,与光束强度与衍射半径曲线。需要注意的是二次Zui大值之间发生的Zui低π的倍数。







这个实验是首先解释奥古斯丁菲涅尔,随着托马斯杨,产生了重要的证据证实,在波浪中的光传播。从以上数字,我们看到了一个连贯的,从L点发出的单色光(在这个例子中,激光照射)是由光圈衍射D.菲涅尔假设Q点(定义为εQ)的一阶极大的幅度将由方程:



dεQ=α(A / R)F(χ)ð



其中A为入射波的振幅,R是D和Q之间的距离,F(χ)是一个χ菲涅尔介绍,倾斜因子的功能。





光的衍射



探索如何光束衍射时,通过传递一个窄缝或光圈。调整波长和光圈大小,并观察如何影响衍射强度的模式。



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光的衍射起着至关重要的作用,在限制任何光学仪器(例如:相机,望远镜,望远镜,显微镜,眼睛),解析力。分辨能力是光学仪器的能力,产生的两个相邻的点独立的图像。这往往是确定的透镜和反射镜,以及在仪器周围介质的属性(通常是空气)质量。波浪般的光的本质力量的所有光学仪器的分辨能力的极限。



光圈的光线衍射缝衍射我们的讨论。然而,所有的光学仪器,有圆孔,例如眼睛的瞳孔或圆形光圈和显微镜镜头。圆孔产生类似上文所述的衍射图样,除了图案自然呈现圆形对称。数学分析是一个圆形的光圈所产生的衍射图案由方程描述:



sinθ(1)= 1.22(λ/ D)



θ(1)角位置的一阶衍射极小(第一暗环),λ是入射光的波长,d是直径的光圈,而1.22是一个常数。在大多数情况下,角度θ(1)非常小,所以罪和角的棕褐色是几乎相等的收益率的近似值:



θ(1)≅1.22(λ/ D)



从这些方程,它变得很明显,中央Zui大的是成正比λ/ D,使得这个Zui大的传播更长的波长和较小的光圈的。二次衍射mimina设置一个有用的放大倍率的光学显微镜的物镜,由于这些镜头的固有衍射极限。镜头可无论多么完美的镜头所产生的光点源的形象是伴随着极大中等教育和高等教育的秩序。这可能被淘汰,只有当镜头有无限的直径。距离比θ(1)分隔的两个对象不能得到解决,无论多么高放大倍率的力量。虽然这些方程是派生的点源的光从无穷远,光圈的形象,这是一个合理的近似时,D为物镜直径取代显微镜的分辨能力。



因此,如果两个对象位于距离为d,除了对方,并从一个观察者的距离L,它们之间的角度(以弧度表示):



θ= D / L



这使我们能够凝聚Zui后两个方程产生:



D(0)= 1.22(λL/ D)



其中,D(0)是对象之间的Zui小间隔距离,使他们得到解决。使用这个公式中,人眼可以解决对象分开0.056毫米的距离,但是在视网膜的光感受器不是很足够接近,以允许这种程度的分辨率,和比较上升零点一毫米,是正常情况下更逼真。



光学显微镜的分辨能力,是由许多因素,包括讨论的那些,但在Zui理想的情况下,这个数字大约为0.2微米。这个数字必须考虑到光学对准的显微镜,镜片的质量,以及用于图像标本的主要波长的光。虽然它往往是没有必要计算出准确的解决每一个目标的力量(将时间浪费在大多数情况下)的,重要的是了解显微镜的镜头,也适用于现实世界的能力。

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