光学干涉衍射.ppt

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光学干涉衍射

Chap.2 Diffraction of Light 第二章 光 的 衍 射 一.光的衍射现象 一.菲涅耳半波带 §2.2 菲涅耳半波带 四.圆屏菲涅耳衍射 五.波带片 六.直线传播和衍射的联系 §2.3 单缝夫朗和费衍射  一.实验装置和衍射图样特点 五.惠-菲积分公式计算强度的计算 四.衍射图样 讨论 §2.5 平面衍射光栅 二.平面透射光栅衍射图样定性分析 1.实验装置 2.衍射图样定性分析 谱线的半角宽度 衍 射 的 分 类 六、平面透射光栅: 七、晶体的衍射: 1 平行光正入射时相临狭缝间的光程差: 干涉主极大的位置: --- 光栅方程 五. 光栅方程 多缝干涉主极大的位置方程 2. 斜入射时的光栅方程 相临狭缝间的光程差 入射光线和衍射光线在法线同侧时 入射光线和衍射光线在法线异侧时 入射光线和衍射光线在同侧取正,异侧取负 所以光栅方程 投射式光栅 3. 相临狭缝间的光程差 入射光线和衍射光线在法线同侧时 入射光线和衍射光线在法线异侧时: 所以光栅方程 入射光线和衍射光线在同侧取正,异侧取负 反射式光栅光谱仪装置. 反射式光栅的光栅方程 [例]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 ☆即光屏上实际呈现级数为k= 0, ?1, ?2, ? 4共七条 设光栅常数为 d ,总缝数为 N 的光栅,当入射光波长为 ?时,分析其夫琅禾费衍射主极大条纹角宽度与 N 的关系。 第 k 级主极大相邻的两暗纹有 N 越大,主极大角宽度越小,条纹越细。 例 解 暗纹位置满足条件 第 k 级主极大角宽度 当? = -90o 时 当? = 90o 时 一束波长为 480 nm 的单色平行光,照射在每毫米内有600条刻痕的平面透射光栅上。 求 (1) 光线垂直入射时,最多能看到第几级光谱? (2) 光线以 30o入射角入射时,最多能看到第几级光谱? 例 解 (1) (2) (2) 斜入射时,可得到更高级次的光谱,提高分辨率。 (1) 斜入射级次分布不对称 (3) 垂直入射和斜入射相比,完整级次数不变。 (4) 垂直入射和斜入射相比,缺级级次相同。 上题中垂直入射级数 斜入射级数 说明 时,第二级主极大也发生缺级,不符题意,舍去。 每毫米均匀刻有100条线的光栅,宽度为D =10 mm,当波长为500 nm的平行光垂直入射时,第四级主极大谱线刚好消失,第二级主极大的光强不为 0 。 (1) 光栅狭缝可能的宽度; (2) 第二级主极大的半角宽度。 例 (1) 光栅常数 第四级主极大缺级,故有 求 解 时 时, (2) 光栅总的狭缝数 设第二级主极大的衍射角为 ?2N ,与该主极大相邻的暗纹( 第2N +1 级或第2N - 1 级 ) 衍射角为 ?2N -1 ,由光栅方程及暗纹公式有 代入数据后,得 第二级主极大的半角宽度 符合题意的缝宽有两个,分别是2.5×10-3 mm 和7.5×10-3 mm 1.单色入射光 2.复色入射光(连续) 0级 1级 2级 -2级 -1级 3级 -3级 白光的光栅光谱 六. 光栅光谱 光栅光谱:白光入射时对每一干涉级都有一系列波长不同的光的排列,把波长不同的同级谱线集合起来称为光栅光谱。 3.复色入射光(分立) -2级 -3级 -1级 0级 1级 2级 3级 随着谱线级数的增高,从某一干涉级开始会出现重叠。 除中央明纹外,不同波长的同级明纹以不同的衍射角出现。 眼睛的瞳孔,望远镜,显微镜,照相机 等常用的光学仪器的物镜,在成象过程中都是衍射孔。 几何光学 : 物点 ? 象点 物(物点集合) ? 象(象点集合) ( 经透镜 ) 波动光学 : 物点 ? 象斑 物(物点集合) ? 象(象斑集合) ( 经透镜 ) 透镜成象清楚不清楚,要考虑物镜衍射的因素。 两个物点的象就是这两个衍射班的非相干叠加。 如果两个衍射斑之间的距离过近,这两个物点的两个象斑就不能分辨,象也就不清晰了。 爱里斑的大小由衍射的规律决定: 由于衍射的存在,一个物点的象不再是一个点,而是一个衍射 斑(主要是爱里班)。 由第一级极小条件 爱里斑的半角宽 爱里斑线半经: 衍射限制了透镜的分辨能力的示意图。 瑞利判据 刚可分辨 非相干叠加 不可分辨 1.0 0.8 对于两个相等光强的非相干物点, 如果其一个象斑的中心恰好落在另一象斑的

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