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干涉與繞射 (I)

干涉與繞射 (I). 有哪些現象是和 『 干涉 』『 繞射 』 有關？ 為什麼有的叫干涉？有的叫繞射？如何區分？ 同調性 coherent. 干涉與繞射 (II). 什麼時候叫干涉？什麼時候叫繞射？如何區分？ 雙狹縫 □干涉 □繞射 薄膜 □干涉 □繞射 麥克森 (□ 干涉 □繞射 ) 儀 單狹縫 □干涉 □繞射 多狹縫 □干涉 □繞射 光柵 □干涉 □繞射. 哪些是和 『 干涉 』『 繞射 』 有關的現象 彩虹 稜鏡分光 肥皂泡是彩色的 地上的油漬 光碟片的彩色 鑽石光彩耀人 ……….

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干涉與繞射 (I)

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Presentation Transcript

  1. 干涉與繞射(I) • 有哪些現象是和『干涉』『繞射』有關？ • 為什麼有的叫干涉？有的叫繞射？如何區分？ • 同調性 coherent

  2. 干涉與繞射(II) • 什麼時候叫干涉？什麼時候叫繞射？如何區分？ • 雙狹縫 □干涉 □繞射 • 薄膜 □干涉 □繞射 • 麥克森(□干涉 □繞射)儀 • 單狹縫 □干涉 □繞射 • 多狹縫 □干涉 □繞射 • 光柵 □干涉 □繞射 • 哪些是和『干涉』『繞射』有關的現象 • 彩虹 • 稜鏡分光 • 肥皂泡是彩色的 • 地上的油漬 • 光碟片的彩色 • 鑽石光彩耀人 • ………

  3. Interference (干涉)diffraction (繞射) 同調性coherent(§35-5)

  4. Fig35-8 雙狹縫干涉(interference) • Huygens principle • 1801年，Young干涉實驗 • 遠場光學vs.近場光學

  5. 雙狹縫干涉(interference)

  6. 干涉(interference) & 繞射(diffraction) Fig.36-5 Fig.36-10 亮紋或暗紋？ 亮紋或暗紋？

  7. 單狹縫繞射 亮紋或暗紋？ Fig.36-5

  8. § 36-5 Intensity in Single-Slit Diffraction phasor

  9. 干涉+繞射

  10. Interference and diffraction combined • Ch36,Problem 31：縫寬a = 0.25mm，縫距d = 1mm。 • 干涉極大：d sinθ= miλ ，mi = 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,… • 繞射極小： a sinθ= mdλ，md = 1,2,3,4,5,6,7,8,……… • 當 d/a = mi / md = k (整數) 時，干涉的峰消失 • 本題中， d/a = 4，因此干涉極 mi = 4,8,12,消失 • 所以中央區域中有 7 個亮點。 • 若 d/a = 2，所以中央區域中有 ？ 個亮點？(Problem 30) • 若中央亮帶有11個亮點，那第一亮帶有幾個亮點？(Problem 29) • 如果d/a不是整數，怎麼辦？(例題36-5)

  11. 例題36-5干涉+繞射 • 縫寬a = 4.050 μm，縫距d =19.44μm。 • 干涉極大： d sinθ= miλ ，mi = 0,1,2,3,4,5,6,…. • 繞射極小： a sinθ= mdλ，md = 1,2,3,4,….. • d/a = 4.8 (非整數) • Check point 5 • Question 9

  12. 多狹縫繞射＆光柵繞射 Fig.36-20 (36-25) (亮或暗？) 亮紋或暗紋？ Fig36-19

  13. 干涉 • 雙狹縫干涉§35-4 • 薄膜干涉§35-7 • 麥克森干涉儀§35-8 • 麥克森干涉實驗的意義 • 公尺的定義 • 光速的測量

  14. 薄膜干涉 § 35-7 光疏→光密，反射後相位反轉 λn 亮或暗？(35-36) 亮或暗？(35-37) 波程差≒2L 例題35-5：可見光(400～690nm)照在水薄膜(厚度L=320nm)，反射後最強波長是多少？ m=0, λ=1700nm m=1, λ=567nm m=2, λ=340nm 想一想： 肥皂泡(地上的油漬)為什麼是彩色的？

  15. 薄膜干涉 § 35-7 • 例題35-6 ：透鏡鍍膜 • 想要消除550nm的光，鍍膜的厚度為何？ 波程差≒2L 2L = mλn = m(λ/n2), m=0,1,2, 2L =( m+1/2)λn = (m+1/2)(λ/n2), m=0,1,2, (亮) (暗) λn是介質中的波長 Home Work: Problem 35, 113

  16. 麥克森干涉儀§35-8 干涉儀(interferometer)：藉干涉條紋來精確的量測長度或長度變化的儀器 • M:beam splitter • Homework • Problem 79：移動鏡子，看條紋移動的數目，可測量波長 • Problem 80：量薄膜的厚度 • Problem 81：量空氣的折射率 • 麥克森干涉實驗的意義

  17. 麥克森干涉實驗的意義 • 1881年，麥克森 (Michelson,1852~1931) 設計這個實驗 • 動機？ • 麥克森獲得1907諾貝爾物理學獎(得獎原因) • 1887年，麥克森－莫立實驗：測量以太對光傳播的影響 • 一個失敗的實驗？ • 解釋： • 1892年，菲佐Fizeau：收縮現象 • 1904年，羅倫茲Lorentz：長度收縮/羅倫茲轉換式 • 1905年，愛因斯坦：特殊相對論 • 公尺的定義：§1-5；p978(Ch35) • 光速的測量

  18. 光柵(透射式) 為什麼這些都稱為『繞射』(diffraction)？ 反射式光柵 單狹縫 布拉格晶體繞射

  19. 圓孔繞射 • 圓孔繞射的鑑別率(resolvability) §36-6 • 為什麼電子顯微鏡比光學顯微鏡厲害？ 波長比可見光小10的5次方

  20. §36-8繞射光柵(grating) 透射式與反射式 光碟片的彩色 光柵的色散度(dispersion)(36-30) 光柵的鑑別度(resolving power) (36-32)

  21. Ｘ光的發現與證實/Ｘ光繞射(§36-10) • 1895年，侖琴(Roentage.1845~1923,荷蘭)發現從放電管發出一種穿透力很強的射線。 • 第一張X光照片 • 一個月後，應用到醫療上。 • 為什麼叫 x-ray？(那α、β、γ射線又是什麼咚咚？) • 侖琴得到第一屆諾貝爾物理獎 (1901年) • 1912年，勞厄(Laue)揭開 X光神秘的面紗(1914 Nobel) • 勞厄證實 x-ray是頻率極高的電磁波。他是怎麼證實的？ • 勞厄想到結晶的固體係原子的規則排列，可以當作Ｘ光的繞射光柵，測出波長約 1 Å • 1914年，勞厄得到諾貝爾物理獎 • 1913年，莫塞(Moseley,1887~1915,英)證實x-ray是由原子中內層電子躍遷所產生的。 • Ｘ光的產生（Fig.36-27 ＆ § 40-10；電光效應？） • 1913年布拉格父子 (Bragg)提出布拉格定律 2 d sinθ= mλ (得到1915 Nobel) • DNA的結構和Ｘ光的關係 • Home Work：有哪些諾貝爾獎是和 X光有關的，請寫出年份、得獎人姓名及貢獻

  22. Ｘ光晶體繞射§36-10 (a) DNA的雙螺旋結構 (b) DNA的繞射圖形（1953, Watson & Crick） 第一張X光片 1895，Roentage

  23. §36-10 Ｘ光的產生 §40-10 Ｘ光的特性 『電光效應 』 連續光譜 特性光譜 1913年，莫塞(Moseley,1887~1915,英)證實x-ray是由原子中內層電子躍遷所產生的。

  24. 布拉格繞射實驗 例：Ch36 Problem59 例：Ch36 Problem60,61,63 例：Ch36 Problem58,57

  25. Ch36 Problem 58 An x-ray beam of a certain wavelength is incident on a NaCl crystal, at 30.0o to a certain family of reflecting planes of spacing 39.8 pm. If the reflection from those planes is of the first order, what is the wavelength of the x rays?

  26. Ch36 Problem 57 Figure 36-44 is a graph of intensity versus angular positionθ for the diffraction of an x-ray beam by a crystal. The beam consists of two wavelengths, and the spacing between the reflecting planes is 0.94 nm. What are the (a) shorter and (b) longer wavelengths in the beam? 2‧0.94‧sin0.75o=0.025 2‧0.94‧sin1.15o=0.038 2‧0.94‧sin2.4o=0.0787 0.75 1.55 1.15

  27. Ch36 Problem 63 (晶體旋轉) In Fig. 36-46, let a beam of x rays of wavelength 0.125nm be incident on an NaCl crystal at angleθ= 45.0o to the top face of the crystal and a family of reflecting planes. Let the reflecting planes have separation d=0.252 nm. The crystal is turned through angle ψ around an axis perpendicular to the plane of the page until these reflecting planes give diffraction maxima. What are the (a) smaller and (b) larger value of ψ if the crystal is turned clockwise and the (c) smaller and (d) larger value of ψ if it is turned counterclockwise?

  28. Ch36 Problem 60 In Fig. 36-45, first-order reflection from the reflection planes shown occurs when an x-ray beam of wavelength 0.260 nm makes an angle 63.80 with the top face of the crystal. What is the unit cell size a 0? 63.80 m=1 θ d θ= 63.8o- 45o = 18.8o Answer: a 0=0.57nm

  29. 晶體面Problem 61

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