得到单缝的夫琅禾费衍射图样课件.pptVIP

第十三章光的衍射§13-1光的衍射惠更斯-菲涅耳原理§13-2单缝夫琅禾费衍射§13-3衍射光栅§13-4圆孔衍射光学仪器的分辩率§13-5X射线的衍射1

光的衍射1了解惠更斯－菲涅耳原理及它对光的衍射现象的定性解释.2理解用波带法来分析单缝的夫琅禾费衍射条纹分布规律的方法，会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响.3理解光栅衍射公式,会确定光栅衍射谱线的位置，会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响.4了解衍射对光学仪器分辨率的影响.5了解x射线的衍射现象和布拉格公式的物理意义.2

§13-1光的衍射惠更斯－菲涅耳原理衍射现象是波动性的另一重要表现。只要光在传播，就有衍射现象。衍射和传播是联在一起的。3

13.1.1光的衍射现象及分类1、什么叫衍射波在传播中遇到障碍物，使波面受到限制时，能够绕过障碍物继续前进的现象。2、光的衍射现象?光不再是直线传播，而有光进入障碍物后的几何阴影区。?光所到达的区域，其强度分布也不均匀。4

屏幕E实验发现，光通过宽缝时，是沿直线传播的，如图(a)所示。a单缝K光源Sb(a)屏幕E?a?若将缝的宽度减小到约10?4m及更小时，缝后几何阴影区的光屏上将出现衍射条纹，如图(b)所示，这就是光的衍射现象。光源Sb?(b)5

13.1.2惠更斯－菲涅耳原理1、惠更斯－菲涅耳原理的基本内容v波动有两个基本特性，波是振动的传播，波具有时空周期性，且能相互叠加。v惠更斯提出的子波假设：波阵面上的每一点都可看成是发射子波的新波源，任意时刻子波的包迹即为新的波阵面。“子波”的概念不涉及波动的时、空周期性，因而不能说明在不同方向上波的强度分布，即不能解释波的衍射。6

v菲涅耳在惠更斯提出的子波假设基础上，补充了描述次波基本特征的时空周期的物理量:位相和振幅，及波的叠加。认为：从同一波阵面上各点发出的次波，在传播过程中相遇时，也能相互叠加而产生干涉现象，空间各点波的强度，由各子波在该点的相干叠加所决定。这就是惠更斯—菲涅耳原理。惠更斯——菲涅尔原理=次波与次波的相干叠加7

2、惠更斯－菲涅耳原理的数学表示基本出发点：波面SnS在其前面某点P相干θrPds叠加的结果，取决于波面上所有面元ds在P点产生的振动之和。在S上取一面元ds，ds子波源发出的子波在P点引起的振动为：8

式中C为比例系数，K(θ)为随θ角增大而缓慢减小的函数，称为倾斜因子.当θ＝0时，K(θ)为最大；当时，K(θ)＝0，因而子波叠加后振幅为零.v波阵面上所有dS面元发出的子波在P点引起的合振动为9

§13-2单缝夫琅禾费衍射一、单缝夫琅禾费衍射1、装置和现象EL1L2SaAD中央明纹L、L透镜A：单缝E：屏幕12缝宽a缝屏距D（L之焦距f）210

夫朗禾费单缝衍射图样是一组与狭缝平行的明暗相间的条纹，其中中央条纹最亮最宽。11

2、惠更斯－菲涅耳原理分析衍射过程v平行衍射光的获得3３３2设平行入射光垂直投射到缝K上，其波前与缝平面AB重合。按惠更斯原理，波前A1２１２上的每一点都可看成发射球OO/φ１KB３３形子波的波源，而每个子波２１L源都可以向前方各个方向发出无穷多束光线，统称为衍射光，如图中A点的1，2，3…光线都是衍射光线。２１12

2、惠更斯－菲涅耳原理分析衍射过程v平行衍射光的获得3３３2每个子波源所发出的沿同一方向的平行光构成了一束平行衍射光。A1２１２O/φ１OKB如光线系1，光线系2，…３３２等构成无穷多束平行衍射光。１L２１13

v平行衍射光的方向PL2L1A?a?SCdLBf每一个方向的平行光与单缝法线方向之间的夹角用?表示，?称为衍射角，衍射角?0→±π/2。14

v平行衍射光在焦平面上相干汇聚每一束平行光经透镜L汇聚后，聚焦于L焦平面上22的一点。对同一束平行光而言，它们来自同一波前上的各个子波，因此满足相干条件。每一束平行光都在光屏上进行相干叠加，其相干叠加后的振幅，则由他们的光程差决定。显然，对于?=0的一束，其中每条光线的光程都相等，因而叠加结果相互加强，即为中央亮纹。15

3、用半波带理论分析衍射条件①衍射角为?的一束平行衍射光的光程差：考虑一束平行衍射光，作AC⊥BC，则BC段即为这一束平行光的最大光A程差。?aLCB（式中a为缝宽）16

②、半波带方法：按相距?／2作平行于AC的平面//AA,AA,…将光程差BC分割成n个相1122等的部分，同时这些平面也将波面AB分割成n个相等的部分ＡＡ，ＡＡ…１１２它们称之为波带。由于每相邻波带对应点如A、A1，A1、A2…向?方向发出的光波AA1，A1A2〞〞〞〞…的光程差逐一相差半个波长，故称之为“半波带”。③、用半波带方法