大学物理11-8圆孔衍射-光学仪器分辨率课件.ppt

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1、11-6光的衍射光的衍射11-7单缝衍射单缝衍射11-8圆孔衍射圆孔衍射光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领11-9衍射光栅衍射光栅第十一章第十一章 光学光学-光的衍射光的衍射一一 圆孔衍射圆孔衍射艾艾里里斑斑：艾里斑直径：艾里斑直径：艾里斑直径：艾里斑直径爱里斑半径爱里斑半径爱里斑半径爱里斑半径,衍射效应越明显衍射效应越明显.不能分辨不能分辨不能分辨不能分辨能分辨能分辨能分辨能分辨二二 瑞利判据瑞利判据 对于两个强度相等的不相干的点光源（物点），对于两个强度相等的不相干的点光源（物点），一个点光源的一个点光源的艾里斑艾里斑的的中心中心刚好和另一点光源刚好和另一点光源艾里斑艾里斑的的边缘边缘相

2、相重合重合，这时两个点光源（或物点）恰为这一，这时两个点光源（或物点）恰为这一光学仪器所分辨光学仪器所分辨.恰能分辨恰能分辨恰能分辨恰能分辨爱里斑爱里斑三三 光学仪器的分辨光学仪器的分辨率率（两光点刚好能分辨）（两光点刚好能分辨）：艾里斑直径：艾里斑直径恰能分辨恰能分辨恰能分辨恰能分辨爱里斑爱里斑最小分辨角最小分辨角三三 光学仪器的分辨光学仪器的分辨率率（两光点刚好能分辨）（两光点刚好能分辨）最小分辨角最小分辨角光学仪器分辨率光学仪器分辨率 1990年年4月月24日日发射的发射的哈勃哈勃太空望远镜太空望远镜凹面物镜的直径为凹面物镜的直径为2.4m，最小分辨角，最小分辨角在大气层外在大气层外61

3、5km高空绕地运行高空绕地运行,可观察可观察130亿光年远的太空深处，发现了亿光年远的太空深处，发现了500 亿个星系亿个星系.由气体和尘埃组成的三光年高柱子上的混沌活动由气体和尘埃组成的三光年高柱子上的混沌活动附近明亮星星的光辉附近明亮星星的光辉正在蚕食它的顶部。柱子内部也遭到攻击正在蚕食它的顶部。柱子内部也遭到攻击埋在内部的新星迸射出气体，在埋在内部的新星迸射出气体，在高耸山峰上升腾出看得见的蒸汽。这座动荡的宇宙高峰位于骚动的恒星孵化器，高耸山峰上升腾出看得见的蒸汽。这座动荡的宇宙高峰位于骚动的恒星孵化器，7500光年外的船底星座南部光年外的船底星座南部“船底星云船底星云”内。内。(200

4、2年年4月月)锥形星云，锥形星云，M17麒麟座内的麒麟座内的HII区域。区域。1785年年12月月26日，威廉日，威廉赫歇尔发现了距地球赫歇尔发现了距地球2600光年的光年的M17。2003年年4月，为纪念哈勃发射十三周年而公布。这张图像捕月，为纪念哈勃发射十三周年而公布。这张图像捕捉到的是捉到的是M17（亦称欧米伽或天鹅星云）的一个小区域。它位（亦称欧米伽或天鹅星云）的一个小区域。它位于中地球于中地球5500光所的人马座。光所的人马座。(2003年年7月月)图像中的精美细丝是来自附近星系恒星爆炸产生的残骸碎片。图像中的精美细丝是来自附近星系恒星爆炸产生的残骸碎片。(2003年年10月月)墨西

5、哥帽系墨西哥帽系(类似于宽边高顶的墨西哥帽类似于宽边高顶的墨西哥帽)，位于，位于其赤道面以北仅六度处。该星系的特点是亮白，其球形内核周围其赤道面以北仅六度处。该星系的特点是亮白，其球形内核周围环绕着由星系螺旋结构形成的厚厚的尘埃带。从地球上看去，星环绕着由星系螺旋结构形成的厚厚的尘埃带。从地球上看去，星云倾斜得几乎侧立。云倾斜得几乎侧立。(2004年年)显示的是旋转着跨越数万亿公里星际空间的尘埃显示的是旋转着跨越数万亿公里星际空间的尘埃螺旋。图像展示了环绕遥远的恒星麒麟座螺旋。图像展示了环绕遥远的恒星麒麟座V838（V838Mon）扩）扩大的光环。大的光环。V838Mon位于麒麟星座方向、距地

6、球约位于麒麟星座方向、距地球约20000光年的光年的地方，在我们的银河系边缘。地方，在我们的银河系边缘。(2004年年9月月)“猫眼星云猫眼星云”-最早发现的行星状星云之一，最早发现的行星状星云之一，1786年年2月月15日，威廉日，威廉赫歇尔发现了这个星云。赫歇尔发现了这个星云。(2006年年2月月)展示的是巨型风车星系展示的是巨型风车星系M101，最著名的大型旋，最著名的大型旋涡之一。这个由恒星、尘埃和气体组成的巨大圆盘直径涡之一。这个由恒星、尘埃和气体组成的巨大圆盘直径170000光光年，近两倍于我们的银河系。星系位于极地星座大熊星座北部，年，近两倍于我们的银河系。星系位于极地星座大熊星

7、座北部，距离地球距离地球2500万光年。万光年。(2007年年)显示了显示了ZwCl0024+1652星系团中黑暗物质幽灵般星系团中黑暗物质幽灵般的环。这张图像是迄今为止证明弥漫宇宙的未知物质的环。这张图像是迄今为止证明弥漫宇宙的未知物质黑物黑物质存在的最强有力的证据之一。质存在的最强有力的证据之一。(2007年年2月月6日日)这张图像显示了类似我们太阳的一颗恒星的这张图像显示了类似我们太阳的一颗恒星的“最后努力最后努力”。它通过摆脱环绕星体残留内核形成茧的外层气体，。它通过摆脱环绕星体残留内核形成茧的外层气体，结束了自己的生命。随后，这颗渐渐消亡的恒星散发出的紫外线结束了自己的生命。随后，这

8、颗渐渐消亡的恒星散发出的紫外线使该物质发光。这颗烧毁的恒星被称为白矮星，在中心以白点的使该物质发光。这颗烧毁的恒星被称为白矮星，在中心以白点的形像显现。形像显现。2008年年8月，为纪念哈勃在十八年探索中第十万次环绕地球月，为纪念哈勃在十八年探索中第十万次环绕地球而公布的图像，显示了而公布的图像，显示了NGC2074星云附近的一小部分星云。这星云附近的一小部分星云。这是原始恒星风暴形成区。它位于约是原始恒星风暴形成区。它位于约170000光年外最活跃的恒星形光年外最活跃的恒星形成区之一蜘蛛星云附近。成区之一蜘蛛星云附近。(2008年年12月月)哈勃捕捉到天空北部最明亮也是最著名的球状哈勃捕捉到

9、天空北部最明亮也是最著名的球状星云之一星云之一-M13球状星云中数十万颗恒星游动的瞬间，看上去像球状星云中数十万颗恒星游动的瞬间，看上去像雪球中旋转的闪烁亮片雪球中旋转的闪烁亮片-“哈勃雪球哈勃雪球”。（2009年年5月）行星状星云月）行星状星云K4-55的图像。的图像。其中的各种颜色代表其中的各种颜色代表星云内各种气体云彩的构成：红色代表氮气；绿色代表氢气；蓝色星云内各种气体云彩的构成：红色代表氮气；绿色代表氢气；蓝色代表氧气。代表氧气。K4-55位于约位于约4600光年外的天鹅星座内。光年外的天鹅星座内。（2009年年7月）展示了巨大的球状星云欧米伽半人马内部的一个月）展示了巨大的球状星云

10、欧米伽半人马内部的一个小区域，那里拥有近千万颗恒星。欧米伽半人马内的恒星年龄在小区域，那里拥有近千万颗恒星。欧米伽半人马内的恒星年龄在100亿岁至亿岁至120亿岁之间。这个星云距地球约亿岁之间。这个星云距地球约16000光年。光年。2009年年9月公布的这张图像，是由整修过的哈勃月公布的这张图像，是由整修过的哈勃太空望远镜拍摄的，展示了类似精致蝴蝶的一个天体。太空望远镜拍摄的，展示了类似精致蝴蝶的一个天体。2009年年9月公布的这张图像，由整修过的哈勃太空望远镜拍月公布的这张图像，由整修过的哈勃太空望远镜拍摄，展示了著名的星系五重奏成员之间的不协调，揭示了恒星分摄，展示了著名的星系五重奏成员之

11、间的不协调，揭示了恒星分类的组合，其色域宽广，有年轻的蓝星，也有年长的红星。类的组合，其色域宽广，有年轻的蓝星，也有年长的红星。(2009年年12月月)展示了由温暖发光的云彩环绕着的明亮蓝星。这张喜庆的展示了由温暖发光的云彩环绕着的明亮蓝星。这张喜庆的图像是年轻的恒星组图像是年轻的恒星组大麦哲伦星系动荡的新星诞生区、我们银河系的卫大麦哲伦星系动荡的新星诞生区、我们银河系的卫星星系、剑鱼座星星系、剑鱼座30号星云中的号星云中的R136最精细的视图。众多已知恒星中有许最精细的视图。众多已知恒星中有许多钻石似的冰冷蓝星。其中许多比我们的太阳大一百多倍。多钻石似的冰冷蓝星。其中许多比我们的太阳大一百多

12、倍。恰能分辨恰能分辨恰能分辨恰能分辨爱里斑爱里斑最小分辨角最小分辨角三三 光学仪器的分辨光学仪器的分辨率率（两光点刚好能分辨）（两光点刚好能分辨）最小分辨角最小分辨角光学仪器分辨率光学仪器分辨率 例例1 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，而在可见光中，人眼最敏感的波长为在可见光中，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）处，则两物点（明视距离）处，则两物点间距为多大时才能被分辨？间距为多大时才能被分辨？*例例1 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为设人

13、眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm，而，而在可见光中，人眼最敏感的波长为在可见光中，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）处，则两物点（明视距离）处，则两物点间距为多大时才能被分辨？间距为多大时才能被分辨？解（解（1）例例1 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，而在可见光中，人眼最敏感的波长为在可见光中，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）

14、处，则两物点（明视距离）处，则两物点间距为多大时才能被分辨？间距为多大时才能被分辨？*d 例例1 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，而在可见光中，人眼最敏感的波长为在可见光中，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）处，则两物点（明视距离）处，则两物点间距为多大时才能被分辨？间距为多大时才能被分辨？（2）例例2（1）有一有一毫米波毫米波雷达，其圆形天线直径为雷达，其圆形天线直径为55cm，发射频率为发射频率为220GHz的毫米波，计算其波束的角宽度

15、；的毫米波，计算其波束的角宽度；（2）将此结果与普通船用雷达发射的波束的角宽度进行将此结果与普通船用雷达发射的波束的角宽度进行比较比较(船用雷达波长为船用雷达波长为1.57cm，圆形天线直径为，圆形天线直径为2.33m).例例2（1）有一有一毫米波毫米波雷达，其圆形天线直径为雷达，其圆形天线直径为55cm，发射频率为发射频率为220GHz的毫米波，计算其波束的角宽度；的毫米波，计算其波束的角宽度；（2）将此结果与普通船用雷达发射的波束的角宽度进行将此结果与普通船用雷达发射的波束的角宽度进行比较比较(船用雷达波长为船用雷达波长为1.57cm，圆形天线直径为，圆形天线直径为2.33m).解（解（1）（2）毫米波毫米波雷达发出的波束比常用的雷达波束雷达发出的波束比常用的雷达波束窄窄，这使得毫米波雷达不易受到反雷达导弹的袭击这使得毫米波雷达不易受到反雷达导弹的袭击.