第11章光的衍射2010级概述.ppt

* 2.衍射现象： 波在传播过程中遇到障碍物，能够绕过障碍物的边缘前进这种偏离直线传播的现象称为衍射现象。 1.实验现象： 单缝K a b S 光源 (a) 屏幕E 屏幕E? 单缝K a? S 光源 (b) b? 11.1 光的衍射 惠更斯－菲涅耳原理 11.1.1 光的衍射现象 第11章 光的衍射 几何阴影区 圆孔衍射 单缝衍射 * * 11.1.2 惠更斯 — 菲涅尔原理 ：波阵面上面元 (子波波源) 菲涅尔指出 衍射图中的强度分布是因为衍射时， 波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定. 点振动是各子波在此产生的振动的叠加 . ： 时刻波阵面 * 11.1.3 菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射 夫 琅 禾 费 衍 射 光源、屏与缝相距无限远 缝 在实验中实现 夫琅禾费衍射 菲 涅 尔 衍 射 缝 光源、屏与缝相距有限远 11.2.1 单缝的夫琅禾费衍射 研究的问题 明暗条纹位置分布 条纹强度分布 11.2 单缝的夫琅禾费衍射 11.2.2 菲涅耳半波带 观察屏上任一点P点的光强是 单缝处波阵面上所有子波波源 发出的一系列具有相同衍射角 的平行光的相干叠加。 夫 琅 禾 费 单 缝 衍 射 衍射角 （衍射角 ：向上为正，向下为负 .） C D a A B 半波带 半波带 E 波阵面AB被分为两个半波带 缝长 一 半波带法 缝长 干涉相消（暗纹） 干涉加强（明纹） （介于明暗之间） 个半波带 个半波带 中央明纹中心 11.2.3 单缝衍射的光强分布 中央亮纹的光强是由整个波阵面AB的平行光的干涉相长。 干涉相消（暗纹） 干涉加强（明纹） 讨 论 第k暗纹距中心的距离 （1）第一暗纹的衍射角 半角宽度： λ Δx I 0 x1 x2 衍射屏 透镜 观测屏 Δx0 f ?1 半线宽度： 中央明纹宽度： 中央明纹中心到第一级暗纹的距离。 半角宽度： 中央明纹两侧的第一级暗纹的间距 条纹宽度（相邻暗条纹间距） 除了中央明纹外的其它明纹宽度 第k暗纹距中心的距离 屏上强度均匀 （中央明纹复盖整个屏） ∴几何光学是波动光学在? /a ? 0时的极限情形 只显出单一的明条纹 ??单缝的几何光学像 当 时， 单缝衍射的动态变化 单缝上移，零级明纹仍在透镜光轴上. 单缝上下移动，根据透镜成像原理衍射图不变 . 例1. 单缝 点 处是明纹 求：（1） 点条纹级数 （2）对应于 点缝可分成多少个半波带？ （3）将缝宽增加1倍， 点将变为什么条纹？ 明纹 第3级明纹 7个半波带 第7级暗纹 11.3 圆孔衍射 ：艾里斑直径 相对光强曲线 1.22(?/D) sin? 1 I / I0 0 爱里斑 点物S 象S’ L 物与像的关系 物理光学 象点是具有一定大小的艾理斑。 S’ L S O 几何光学 物像一一对应，象点是几何点 S’ L S O 点物S和S1在透镜的焦平面上呈现两个艾理斑，屏上总光强为两衍射光斑的非相干迭加。 S1 S S’ S1’ L O 11. 5 光学仪器的分辨本领 瑞利判据 对于两个强度相等的不相干的点光源（物点），一个点光源的衍射图样的主极大刚好和另一点光源衍射图样的第一极小相重合，这时两个点光源（或物点）恰为这一光学仪器所分辨. * * 光学仪器的分辨本领 最小分辨角 （两光点刚好能分辨） 光学仪器分辨率 光学仪器的通光孔径 1990 年发射的哈勃 太空望远镜的凹面物镜 的直径为2.4m ，最小分 辨角 ，在大气层 外 615km 高空绕地运行 , 可观察130亿光年远的太 空深处, 发现了500 亿个 星系 . 例：假设汽车两盏灯相距?y =1.5m，人的眼睛瞳孔直径D=4mm，问最远在多少米的地方，人眼恰好能分辨出这两盏灯? 解：以对视觉最敏感的黄绿光λ=550nm，进行讨论，设眼睛恰好能分辨两盏灯的距离为L，则对人眼的张角为： 根据瑞利判据： 代入数据，得： 人眼的分辨本领 设人眼瞳孔直径为D，可把人眼看成一枚凸透镜，其成象为夫琅和费衍射的图样。 ?? ?y n=1 n=1.336 ?? L 1 2 1 2 例2 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm，而在可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，问 （1）人眼的最小分辨角有多大？ （2）若物体放在距人眼25cm（明视距离）处，则两物点间距为多大时才能被分辨？ 解（1） （2） 11.7 光栅衍射 许多等宽的狭缝等距离地平行排列起来形成的光学元件 波 动 光 学 光栅：在透光或反光性能上具有周期性空间结构的光学元件。 透