3-光的衍射2.5[光学教程].ppt

七、光栅光谱 如果入射光是包含几种不同的波长的复色光，由光栅主极大满足的光栅方程： 则除零级以外，各级主最大的位置各不相同。我们将可以看到在衍射图样中有几组不同颜色的谱线，分别对应于不同的波长。 把波长不同的同级谱线集合起来构成一组谱线，称为光栅光谱。 k=0 k=1 k=2 k=-1 k=-2 例如　二级光谱重叠部分光谱范围 二级光谱重叠部分: 0级 1级 2级 -2级 -1级 3级 -3级 白光的光栅光谱 普通光栅大部分能量集中于零级 ——无色散 结果 分光作用的 光谱仪 能量利用率小 原因 单缝衍射的零级主极大方向 = 缝间干涉的零级主极大方向 目的 为提高能量的利用率，需要把两个主极大方向分开——即将大部分能量(衍射零级)集中到所需的(缝间干涉)某级光谱干涉级次上 八、闪耀光谱 将衍射的零级极大移动到某级干涉极大处，即将大部分能量(衍射零级)集中到所需的(某级干涉)光谱级次上 闪耀光栅：可通过调整刻槽的形状加以实现 光栅平面法向N,槽面法向n 相邻两槽对应点距离为d 和 --相对光栅平面法线 和 --相对槽平面法线 闪耀光栅夫琅禾费衍射的光强分布 ——位相型反射光栅 一个刻槽中，两端边缘光线间 光程差 位相差 相邻两槽对应点光线 光程差 位相差 据惠更斯-菲涅尔原理 夫琅禾费衍射的光强度分布 单槽衍射 槽间干涉 单元衍射 多单元干涉 当 产生极大 平面反射光栅的光栅方程 多单元干涉零级极大 出现在对光栅平面满足反射定律的方向 单元衍射零级极大 出现在对槽面满足反射定律方向 分 析 单色光的某级谱线位置由光栅常数 d 和相对光栅平面的入射角 决定 两种效应的零级极大完全分离开 对于闪耀方向 多槽干涉主极大的谱线级次 闪耀级次 结论：光栅衍射的强度分布受单槽衍射因子调制, 单槽衍射主极大方向的衍射光最强—闪耀方向 1) 平行光沿槽面法线方向入射 闪耀级次发生在 衍射的主极大移到? 的K 级谱线上，d ? b 其他干涉级次 被衍射抑制形成缺级。80%--90%光能集中到闪耀级次 讨 论 2) 平行光沿光栅平面法线入射 主极大位于 由于谱线分布有一定宽度——反射定向光栅可以在一定波段内把光能集中到某一级次上去 对槽面法线满足反射定律方向，反射光线与入射方向有 夹角 当d 和 给定时，闪耀级次和闪耀波长满足反比关系 例1（P102）：已知平面透射光栅狭缝的宽度b=1.582*10-3mm,若以波长632.8nm的氦氖激光垂直入射在这个光栅上，发现第四级缺级，会聚透镜的焦距为1.5m,试求：（1） 屏幕上第一级亮条纹与第二级亮条纹的距离。（2）屏幕上所呈现的全部亮条纹数。 解：（1）设光栅中相邻两缝间不透明部分的宽度均等于a，光栅常数 d=a+b ，由第四级缺级。则有 d=4b=1.582×4×10-3=6.328 ×10 -3 mm 且 ±4，±8， ±12，…的级次都缺级。 由光栅方程可知，第一级亮条纹和第二级亮条纹的角位置为： 若会聚透镜的焦距为f?,则它们距中央亮条纹的中心位置的距离为： 因此 当?很小时， 二者之间距为： 若考虑到k=±4，±8缺级，而k＝10实际上看不到。则屏幕上呈现的全部亮条纹数为 （2）由光栅方程： 当sin?＝1时，k最大，则 ，能看到的主最大最高级数为 第16次课到此为止，2014\5\20! k=0，无色散。 * 第16次课到此为止，2015.5.11;2016.5.4. * 第17次课到此结束！2014\5\22; 2015.5.15 第17次课到此为止，2016.5.9 * 2.5 平面衍射光栅 光学 1.定义： 衍射光栅： 狭义：大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面)构成 的光学元件 广义：任何具有空间周期性的衍射屏都可以叫做 衍射光栅． 2.种类： 3.性质：光栅是分解复色光的精密光学装置。(分光装置) 4.用途：形成光谱。 d 反射光栅 d 透射光栅 光栅常数d=a+b b ：透光部分的宽度 a：不透光部分的宽度 光栅常数 d 的数量级约为： 例：光栅1cm内有5000条刻痕则光栅常数为： 它反映光栅的空间周期性，其倒数表示每毫米内有多少条狭缝，称为光栅密度.实验室内常用（600~1200）/mm的光栅。 光栅的种类虽然很多但其基本原理是相似的，下面以平面透射光栅为例讨论光栅衍射的基本原理。 一、实验装置 (a+b)sin? P O ? ? 光栅衍射为多缝干涉和单缝衍射的叠加效果。 相邻两束相干光光程差都为（a+b)sinq b a 二、光栅衍射图样的特征 为了清楚起见，下图给出了夫朗和费单缝和五种多缝 的