《巴俾涅原理和》PPT课件.ppt

巴俾涅原理和应用,光学工程中心,巴俾涅原理和应用,概述 巴俾涅原理 巴俾涅应用,巴俾涅原理,(1) 互补屏(Complementary Screen),巴俾涅原理,假设U1(P)和U2(P)分别为1和2单独放在光源和观察平面之间时，观察平面上P点的光场复振幅，U0(P)表示无衍射屏时P点的光场复振幅。根据惠更斯菲涅耳原理， U1(P)和U2(P)可以表示成对1 和2开孔部分的积分。而两个开孔部分的叠加就相当于没有光屏。因此有： U0(P) U1(P)U2(P) 从该公式我们可以看出。 这两个互补屏在 衍射场中某点单独产生的光场复振幅之和等于无衍射屏，光波自由传播时在该点产生的光场复振幅巴俾涅原理(1837) (Babinet principle),巴俾涅原理,两个有用的结论,(1) 若U1(P)0，则U2(P) U0(P)。因此，在其中一个衍射光场(或强度)为 零的那些点，在换上它的互补屏时，强度与没有屏时一样。 (2) 若U0(P)=0，则U1(P)=- U2(P).这就意味着在 U0(P)=0处的那些点， U1(P) 和 U2(P) 的位相差为, 而其强度I 1(P)=| U1(P)|2 和 I2(P)=| U2(P)|2相等。也就是说，当两个互补屏都不存在时，对光场中 强度为零的那些点，互补屏将产生完全相同的光场分布。,巴俾涅应用,巴俾涅原理对这样一类光学系统特别有意义，即衍射屏是采用点光源照明，其后装有光学成像系统，而在光源的几何像平面上接收衍射图样。这时，自由光场的传播是服从几何光学规律的，它在像平面上除像点外处处是零。 利用巴俾涅原理很容易由圆孔，单缝的夫朗和费衍射特性得到圆盘和窄带的夫朗和费衍射图样。,巴俾涅应用,例如单色平面波照明单缝的夫朗和费衍射装置，如果将单缝衍射屏换成同样宽度的不透光窄带，则在偏离衍射图样中央的地方，将有与单缝衍射类似的衍射图样。这是由于存在互补屏，在观察屏上，除中央点外均有U0(P)0，所以根据巴俾涅原理，除中央点外，单缝和窄带衍射图样相同。 由此在窄带衍射中，如果测出了衍射暗条纹的间距，就可以计算出窄带的宽度。e=f/D. 如果将上面的窄带换成细丝，就可以作为激光细丝测径仪。目前，已把细丝测径仪用于细丝的生产过程作连续的动态监测。,巴俾涅应用,采用单位振幅的单色平面波垂直照明衍射屏。衍射屏 分别为宽度为1mm的单缝和直径为1mm的金属细丝。,振幅分布图,巴俾涅应用,光强分布图,巴俾涅应用,在医学中，巴俾涅原理也有广泛的应用。基于圆孔衍射原理，根据细胞的形态学特征，可以鉴别活细胞、凋亡细胞、坏死细胞的方法。用此方法可方便地得出样品中细胞的状态、大小、数量及数量比等参数。 方法原理简单、可操作性强，且同时可得到不同状态细胞的数量(从而数量比)及细胞的大小。用这种方法对生物组织或细胞液进行连续跟踪鉴别，就可得知其内部细胞的凋亡速度和增殖速度。,谢谢,D=0.61/R*f (4) 其中为入射激光波长，R为细胞半径(高等动物细胞的直径一般在20 m- 30 m ),f为透镜焦距。由(4)式可得: ( 1)考虑到R为入的10 25倍，则D大致是f的1 /50-1 /20使得衍射屏上图像可直接分辨。假设入射光为He-Ne激光发出，波长是632.8 nm,细胞半径为10 m，透镜焦距取1 m,代入(4)式可得像屏上细胞衍射像的中央亮斑的直径D约为4 cm; (2)亮斑的形状近似为细胞的放大图形，细胞线度R越大，则亮斑直径越小，可从图像直接鉴定三种状态的细胞。坏死细胞由于肿胀，体形最大，则亮斑直径最小，凋亡细胞固缩日_有突起，则亮斑最大且图像也有毛刺; (3)测出中央亮斑的直径D，代入(4)式就能求得细胞的半径。 为减少误差，在光学参数完全不变的条件下，经过多次取样测量，比较衍射图样，根据细胞形态学特