第9章光的衍射zhao概述.ppt

作业 P95　16 作业 P95　 18 20 * * 第9章 光的衍射 第三篇 波动学 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. 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. 教学基本要求 第九章　光的衍射 0. 波的衍射现象 9.1 惠更斯-菲涅尔原理 波在其传播路径上如果遇到障碍物，它能绕过障碍物的边缘而进入几何阴影内传播，并且波的强度在该空间内重新分布. 圆孔衍射 当光的波长与障碍物的尺寸相比拟时,光能产生衍射现象，即光能绕过障碍物的边缘传播，而且衍射后能形成具有明暗相间的衍射图样。 0. 波的衍射现象 1. 惠更斯 — 菲涅尔原理 惠更斯原理----波在媒质中传播到的各点，都可看成新的子波源。 惠更斯原理只能解释波的衍射，不能给出波的强度。 惠更斯-菲涅耳原理----波阵面上每一点都可以看作是发射子波的波源，这些子波在空间相遇时互相叠加，产生干涉 . 菲涅耳在惠更斯原理基础上加以补充，提出子波相干叠加的概念。 ： 时刻波阵面 波阵面上面元 (子波波源) * ds 式中C为比例系数，K（?）为倾斜因子，它随着?角的增大而缓慢减小。 夫 琅 禾 费 衍 射 光源、屏与缝相距无限远，平行光的衍射。计算比较简单。是菲涅尔衍射的极限情况。 缝 菲 涅 尔 衍 射 缝 光源、和屏（或二者之一）与缝相距有限远，也称近场衍射。是发散光的衍射。观察比较方便，定量计算却很复杂。 2. 光的衍射分类 在实验中实现 夫琅禾费衍射 夫琅禾费 (Joseph von Fraunhofer 1787—1826) 夫琅禾费是德国物理学家。1787年3月6日生于斯特劳宾，父亲是玻璃工匠，夫琅禾费幼年当学徒，后来自学了数学和光学。1806年开始在光学作坊当光学机工，1818年任经理，1823年担任慕尼黑科学院物理陈列馆馆长和慕尼黑大学教授，慕尼黑科学院院士。夫琅禾费自学成才，一生勤奋刻苦，终身未婚，1826年6月7日因肺结核在慕尼黑逝世。 9.2 单缝的夫琅禾费衍射★ D S L1 L2 A E A：单缝 E：屏幕 L1、 L2 透镜 a 1. 实验装置及现象 中央 明纹 2. 条纹特征 (1) 中心明条纹的角宽度是其它各级明纹角宽度的两倍。 (2) 中央明纹的亮度比其它明纹亮很多，且随着条纹级次的增加，亮度变暗。 ? /a -(? /a) 2(? /a) -2(? /a) sin? 0.047 0.017 1 I / I0 0 强度分布： 0.047 0.017 a A B C BC=aSin? P a A B P0 (1) 中央明纹： 3. 明暗纹条件 B C BC=aSin? P P0 p 0 非以上值： 中央明纹 明纹 暗纹 介于明纹与暗纹之间 (2) 其它明、暗纹条件★ 暗纹位置： 明纹位置： 0 非以上值： 中央明纹 明纹 暗纹 介于明纹与暗纹之间 (3) 条纹宽度 中央明纹角宽度和线宽度 ? /a -(? /a) 2(? /a) -2(? /a) sin? 0.047 0.017 1 I / I0 0 强度分布： 0.047 0.017 中央明纹 角宽度 线宽度 其它明纹或暗纹线宽度 缝宽对衍射条纹的影响 缝宽对衍射条纹的影响 单缝宽度越小，条纹分得越开，衍射现象越显著；反之，缝越宽，衍射现象越不明显。当时，各级衍射条纹全部集中在中央附近，以至无法分辨，呈现单一的明纹，这就相当于光线沿直线传播的情况。 ?波长对条纹宽度的影响： 如果用白光照射单缝，各种波长的光到达O点都加强，所以中央明条纹仍是白色。在中央两侧，对于同一级明条纹，波长越长，衍射角越大，这样就形成了一系列由紫到红的彩色条纹，称为衍射光谱。 0 中央明纹 明纹 暗纹 0 中央明纹 明纹 暗纹 小结 1　条件 2　位置 3　宽度 中央明纹 其它明纹或暗纹 4　光强 0.047 0.017 1 0.047 0.017 P92 1 2 5 10 P92 3 6 P92 11 大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面)构成的光学元件。 衍射光栅 (透射光栅) 反射光栅(闪耀光栅) 从工作原理分: 9.3 光栅衍射★ 设一个每毫米有2000条刻痕的衍射光栅，其光栅常数为： 一. 光栅与光栅常数 光栅常数 缝宽 缝间距 干涉相长，亮纹 二、光栅方程: ★ 0级主极大 k级主极大 振幅：单缝的N倍。 光强：单缝的N2倍。 在几乎黑暗的背景上出现了 一系