2022-2023學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：光柵的應(yīng)用-光譜分析

光柵的應(yīng)用光譜分析

2光柵的應(yīng)用----光譜分析

光柵方程

同一級(jí)干涉極大上，不同波長(zhǎng)的光色散開，這種色散作用可用來進(jìn)行光譜分析。

q0級(jí)+1級(jí)+2級(jí)-2級(jí)-1級(jí)例題平行光斜入射到光柵，光源的波長(zhǎng)為λ=643.8nm，入射角θ=30°，光柵每1cm內(nèi)有5000條刻痕。（1）試求對(duì)應(yīng)k=0，k=+1，k=-1的明條紋的衍射角；（2）求可以觀察到的明條紋的最高級(jí)次，并與正入射的情況相比較。P0b+b’PθφABC解（1）相鄰二狹縫光線的光程差為光柵方程應(yīng)為P0b+b’PθφABC衍射光與入射光在光柵平面法線同側(cè)時(shí)，φ角為正，反之φ角為負(fù)。光柵常量b+b’=1/N=2×10-6m由光柵方程得與k=0對(duì)應(yīng)的明條紋的衍射角為說明零級(jí)明條紋位于屏中心的下方。與k=+1及k=-1對(duì)應(yīng)的明條紋衍射角依次為：（2）k的最大值kmax對(duì)應(yīng)于sinφ=1，光線斜入射時(shí)：光線正入射時(shí)：可以觀察到的明條紋最高級(jí)次為4級(jí)；可以觀察到的明條紋最高級(jí)次為3級(jí)。在其它條件不變的情況下，光線斜入射可以觀察到更高級(jí)次的明條紋。例題.

已知光柵5000條/cm，，縫寬。求：(1).光垂直入射光柵，最多有幾級(jí)明紋？(2).光以入射角射至光柵，最多有幾級(jí)明紋？解：(1)明紋條件：能看到最多級(jí)又缺級(jí)故2,4,6……缺級(jí)所以實(shí)際看到0,

1,

3看到最多取k=5取k=-1考慮缺級(jí),實(shí)際看到-1,0,1,3,5(2).入射光以i入射由斜入射的光柵方程知：

k確定時(shí)，調(diào)節(jié)

i，則

相應(yīng)改變。

例如，令k=0則

dsin

=dsin

相鄰入射光的相位差

上式表明：改變相位差即可改變零級(jí)衍射光的方向(此結(jié)論就是“相控陣?yán)走_(dá)”的基本原理)。p微波源移相器輻射單元d

n

靶目標(biāo)

一維陣列的相控陣?yán)走_(dá)

*相控陣?yán)走_(dá)圖示為一維陣列的相控陣?yán)走_(dá)。

1.掃描方式·相位控制掃描

用電子學(xué)方法周期性地連續(xù)改變相鄰輻射單元的位相差，則零級(jí)主極大的衍射角

也連續(xù)變化，從而實(shí)現(xiàn)掃描。

·頻率控制掃描也可以固定相位差而連續(xù)改變

來改變

，實(shí)現(xiàn)掃描。2.回波接收靶目標(biāo)反射的回波也可通過同樣的天線陣列接收。改變相位差就能接收來自不同方位的波束。然后用計(jì)算機(jī)處理，提供靶目標(biāo)的多種信息—大小，速度，方位

實(shí)際的相控陣?yán)走_(dá)是由多個(gè)輻射單元組成的平面陣列，以擴(kuò)展掃描范圍和提高雷達(dá)束強(qiáng)度。3.相控陣?yán)走_(dá)的優(yōu)點(diǎn)(1)無(wú)機(jī)械慣性，可高速掃描，一次全程掃描僅需幾

s。(2)由計(jì)算機(jī)控制可形成多種波束，同時(shí)搜索、跟蹤多個(gè)目標(biāo)。(3)不轉(zhuǎn)動(dòng)、天線孔徑可做得很大，從而有效地提高輻射功率、作用距離、分辨率。

4.應(yīng)用我國(guó)和世界上許多大國(guó)都擁有相控陣?yán)走_(dá)，·軍用(如“愛國(guó)號(hào)”導(dǎo)彈的雷達(dá))設(shè)在美國(guó)鱈角(Capecod)的相控陣?yán)走_(dá)照片(陣列寬31m，有1792個(gè)輻射單元，覆蓋240o視野。能探測(cè)到5500公里范圍內(nèi)的10m2大小的物體。用于搜索洲際導(dǎo)彈和跟蹤人造衛(wèi)星。)