光学仪器的分辨本领

4.3


1. 夫琅禾费单缝衍射的变化
点光源单缝衍射图象是沿单缝的正交方向展开的。
单缝的长边收缩后,也会出现与之垂直方向的衍射条纹,同时出现交叉相。

2. 圆孔的夫琅禾费衍射
一阶贝塞尔函数,{dy}级极小 sinθ=1.22λ/D
爱里斑的角半径
爱里斑的半径为:
r0=θf=1.22λf/D
D↑,λ↓爱里斑变小



4.3

3.透镜的分辩本领

( 经透镜 )物点 ==> 象点
几何光学: 物(物点集合) ==> 象(象点集合)
( 经透镜 ) 波动光学 :物点==>象斑
物(物点集合) ==> 象 (象斑集合)
衍射限制了透镜的分辨能力。


4.3

瑞利判据:(Rayleigh criterion)

对于两个等光强的非相干的物点,如果一个象斑的中心恰好落在另一象斑的边缘({dy}暗纹处),则此两物点被认为是刚刚可以分辨的。

4.3

小孔(直径D)对两个靠近的遥远的点光源的分辨

4.3


分辨本领




4.3

望远镜:

λ不可选择,可↑D-↑R
世界上{zd0}的光学望远镜: D = 8 m建在夏威夷山顶, 1999年建成
世界上{zd0}的射电望远镜: D = 305m,建在波多黎各岛。能探测射到整个地球表面仅10-12W的功率,也可探测引力波。



4.3

显微镜:

D不会很大,可↓λ → ↑R
电子λ:0.1Å-1Å(10-2 ~10-1nm)
∴ 电子显微镜分辨本领很高
在正常照明下,人眼瞳孔直径约为3mm,对λ=5500Å 的光,δθ≈1',可分辨约 9m 远处的相距 2mm 的两个点
夜间观看汽车灯,远看是一个亮点,逐渐移近才看出两个灯。

问题:
有人说在航天飞机上,用肉眼能够看见的地球上的{wy}的人造建筑物是长城。这一说法对吗?
长城宽度:L ~ 10 m
航天飞机高度:h ~ 200 km

设圆孔半径R1=0.1mm,L2的焦距 f =50cm,试求:在接收屏上爱里斑的半径;若圆孔半径改用R2=1.0mm,其它条件不变,爱里斑半径变为多大?这两个爱里斑的半径上平均光强的比为多少?


4.3

设入射光的能流密度为(即光强),则穿过半径为 R1和 R2圆孔的光能流分别为:



爱里斑上集中了衍射光能的83.8% ,所以爱里斑上平均光强之比为:



可见,爱里斑半径缩小10-1倍(r01/r02=10),
但爱里斑上平均光强却增大104倍。

衍射的要点:衍射角θ
暗纹中心衍射方向满足 a·sinθ=kλ/2 k=±1,±2,±3,...
暗纹中心在屏上位置 x=kλ·f/a
爱里斑的半径 r00f=1.22λf/D






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