资源简介

(共13张PPT)
光栅的应用光谱分析
2
光栅的应用----光谱分析
光栅方程
同一级干涉极大上，不同波长的光色散开，这种色散作用可用来进行光谱分析。
q
0级
+1级
+2级
-2级
-1级
例题 平行光斜入射到光栅，光源的波长为λ=643.8nm，入射角θ=30°，光栅每1cm内有5000条刻痕。（1）试求对应k=0，k=+1，k=-1的明条纹的衍射角；（2）求可以观察到的明条纹的最高级次，并与正入射的情况相比较。
P0
b+b’
P
θ
φ
A
B
C
解 （1）相邻二狭缝光线的光程差为
光栅方程应为
P0
b+b’
P
θ
φ
A
B
C
衍射光与入射光在光栅平面法线同侧时， φ角为正，反之φ角为负。
光栅常量 b+b’=1/N=2×10-6m
由光栅方程得与 k=0 对应的明条纹的衍射角为
说明零级明条纹位于屏中心的下方。
与 k=+1及 k=-1对应的明条纹衍射角依次为：
（2）k的最大值kmax对应于sinφ=1，
光线斜入射时：
光线正入射时：
可以观察到的明条纹最高级次为 4 级；
可以观察到的明条纹最高级次为 3 级。
在其它条件不变的情况下，光线斜入射可以观察到更高级次的明条纹。
例题. 已知光栅5000条/cm，　　　　，缝宽　　　　　。求：
(1). 光垂直入射光栅，最多有几级明纹？
(2). 光以入射角射至光栅，最多有几级明纹？
解：(1)
明纹条件：
能看到最多级
又 缺级
故2,4,6……缺级
所以实际看到 0, 1, 3
看到最多
取k=5
取k=-1
考虑缺级,实际看到 -1,0,1,3,5
(2). 入射光以i入射
由斜入射的光栅方程知：
k确定时，调节 i，则 相应改变。
例如，令k = 0
则 dsin = dsin
相邻入射光的相位差
上式表明：改变相位差即可改变零级衍射光的方向(此结论就是“相控阵雷达”的基本原理)。
p
微波源
移
相
器
辐射单元
d

n

靶目标
一维阵列的相控阵雷达
* 相控阵雷达
图示为一维阵列的相控阵雷达。
1.扫描方式
·相位控制扫描
用电子学方法周期性地连续改变相邻辐射单元的位相差，则零级主极大的衍射角 也连续变化，从而实现扫描。
· 频率控制扫描
也可以固定相位差而连续改变 来改变 ，实现扫描。
2.回波接收
靶目标反射的回波也可通过同样的天线阵列接收。改变相位差就能接收来自不同方位的波束。然后用计算机处理，提供靶目标的多种信息—大小，速度，方位 实际的相控阵雷达是由多个辐射单元组成的平面阵列，以扩展扫描范围和提高雷达束强度。
3.相控阵雷达的优点
(1)无机械惯性，可高速扫描，一次全程扫描仅需几 s。
(2)由计算机控制可形成多种波束，同时搜索、跟踪多个目标。
(3)不转动、天线孔径可做得很大，从而有效地提高辐射功率、作用距离、分辨率。
4.应用
我国和世界上许多大国都拥有相控阵雷达，
· 军用(如“爱国号”导弹的雷达)
设在美国鳕角(Cape cod)的相控阵雷达照片(阵列宽31m，有1792个辐射单元，覆盖240o视野。能探测到5500公里范围内的10m2大小的物体。用于搜索洲际导弹和跟踪人造卫星。)
设在澳大利亚Sydney大学的一维射电望远镜阵列 (N=32， =21cm，
a = 2m，d = 21m，
阵列长213m)

展开更多......

收起↑