第4章光的衍射1汇编.ppt

§4.1 惠更斯—菲涅耳原理 一.实验装置 一、夫琅禾费圆孔衍射 二、光学仪器的分辨本领 二.光栅衍射图样的形成 光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果 一.x 射线 光栅衍射图样 —— 在几乎黑暗的背景上形成一系列又细又亮的明条纹.狭缝越多,条纹就越明亮。 光栅条纹随着N 增大而变得越来越尖锐明亮 满足的光程差公式是 2.暗纹条件: 式中 此处 m 不含 N，2 N ，… 。 共有 N – 1 个暗纹。 若 m 取 N，2 N ，… ，为明纹条件。 3.次明纹: 两相邻明纹之间有 N - 1 个暗纹，而相邻两个暗纹之间必有一个明纹，可见，在两主级大明纹之间应有N – 2 个明纹存在。 这 N – 2 个明纹的光强远小于主级大明纹的光强，称为次明纹。 6 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 各主极大要受单缝衍射的调制. 极小、次极大位置 满足的光程差公式是 每两个相邻主明纹之间有N-1条暗纹和N-2条次明纹 式中 4.谱线的缺级（单缝衍射对多缝干涉的影响） 若在某一衍射角? 下同时满足 多缝干涉极大 单缝衍射极小 ----缺级级数 各主极大受单缝衍射的调制，某些位置出现缺级 sin? 0 I单 I0单 -2 -1 1 2 (?/a) 单缝衍射光强曲线 I N2I0单 0 4 8 -4 -8 sin? (?/d) 单缝衍射 轮廓线 光栅衍射 光强曲线 sin? N2 0 4 -8 -4 8 (?/d) 多光束干涉光强曲线 这里主极大缺±4,±8…级。 三.光线斜入射 相邻两缝光线的光程差 斜入射时的光栅方程为 四.光栅光谱grating spectrum 复色光入射时，除中央明纹外，不同波长的同级明纹以不同的衍射角出现 ----光栅光谱 一级光谱 二级光谱 三级光谱 光栅 光谱 例1一平面透射光栅，在1mm内刻有500条纹。现用λ=0.59×10-3mm钠光谱观察。求(1)光线垂直入射时,最多能看到第几级光谱？(2)光线以300角入射时，最多能看到哪几条光谱? 解:（1）光栅常数为 当 时，k最大 取整，即垂直入射时，最多能看到第三级光谱 入射线与衍射线同侧时 取整，最多能看到第五级光谱 入射线与衍射线异侧时 取整，只能看到第一级光谱 即共可看到-1, 0,1,2,3,4,5七条光谱 (2) 例2 波长为700nm的单色光，垂直入射在平面透射光栅上，光栅常数为 3×10-4cm，缝宽为10-4cm。求(1)最多能看到第几级光谱?(2)哪些级出现缺级现象? 解: (1) 时 取整，即最多可看到第四级光谱 (2) 满足 时缺级 又 时缺级 ----第三级出现缺级 即光屏上实际呈现级数为4-1=3，对应于明纹k=-4,-2,-1,0,1,2,4共七条 例3 双缝缝距d=0.40mm, 两缝宽度都 是a=0.08mm，用波长λ=480nm的平行光垂直照射双缝, 在双缝后放一焦距f =2.0m的透镜, 求:(1)在透镜焦平面处的屏上，双缝干涉条纹的间距△x; (2)在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉亮纹数目 解：(1) 对双缝干涉第k级明纹有 第k级明纹在屏上的位置 即在单缝衍射中央明纹范围内，只有 级明纹出现 所以双缝干涉明纹的数目 (2) 单缝衍射中央亮纹的宽度为第1级暗纹间距离 §4.5 x 射线衍射 ( X ray diffraction ) 德国物理学家伦琴1895年11月发现 12月22日伦琴为夫人的手拍下了第一张 x 光照片 1901年伦琴获第一届诺贝尔物理学奖 * * 第 4 章 光 的 衍 射 （Diffraction of light） §4.1 惠更斯—菲涅耳原理 (§13.7) §4.2 单缝的夫琅禾费衍射 (§13.8) §4.3 光学仪器的分辨本领 (§13.8.2) §4.4 衍射光栅及光栅光谱 (§13.9) §4.5 X 射线衍射 (§13.9.3) 衍射现象 一、光的衍射现象 当障碍物的线度接近光的波长,衍射现象尤其显著 a 0.1m m 光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。 光源 障碍物 接收屏 光源 障碍物 接收屏 二. 衍射的分类 菲涅耳衍射 夫琅和费衍射 光源、观察屏（或二者之一）到狭缝的距离有限, 也称为近场衍射。 光源、观察屏到狭缝的距离均为无穷远，也称为远场衍射。 三、惠更斯—菲涅耳原理 菲涅耳补充：从同一波阵面上各点发出的子波是相干波。 ——1818年 惠更斯：光波阵面上每一点都可以看