18、衍射1精读.ppt

11-4 光的衍射 一 光的衍射现象 二 惠更斯-费涅耳原理 三 夫琅禾费单缝衍射 P92一3二1三1 * * 同学们好！ 例：在双缝干涉实验中，单色光源S0到两缝S1和S2的距离为l1和l2，并且l1－l2＝3λ，λ为入射光的波长，双缝之间的距离为d，双缝到屏幕的距离为D（D》d），如图，求： （1）零级明纹到屏幕中央O点的距离。 （2）相邻明纹间距离。 解：如图，设P0为零级明纹中心 （2）在屏上距O点为X处，光程差 在此处令k＝0，即为（1）的结果，相邻明纹间距： 例：用波长λ1的单色光照射空气劈形膜，从反射光干涉条纹中观察到劈形膜装置的A点处是暗纹。若连续改变波长变为λ2（λ2 λ1 时，A点再次变为暗纹。求A点的空气薄膜厚度。 解：设A点处空气薄膜的厚度为e，则有 改变波长后有： 第十一章 波动光学 11-0 教学基本要求 11-1 光的相干性 光程 11-2 分波面干涉 11-3 分振幅干涉 4-0 第四章教学基本要求 11-4 光的衍射 第十一章 波动光学 4-0 第四章教学基本要求 11-5 衍射光栅 4-0 第四章教学基本要求 11-6 光的偏振 教学基本要求 一 了解获得相干光的方法，理解光程的概念以及光程差与相位差的关系，掌握光的干涉加强和减弱的条件. 二 掌握杨氏双缝干涉和薄膜等厚干涉条纹的分布规律，了解半波损失发生的条件，了解劈尖干涉的应用. *三 了解迈克尔逊干涉仪的工作原理和迈克尔逊—莫雷实验. 四 了解惠更斯-菲涅尔原理，能用菲涅尔半波带法分析单缝夫琅禾费衍射条纹的分布规律，理解缝宽及波长对衍射条纹分布的影响. 五 了解光栅衍射条纹的形成及特点，理解并会应用光栅极大方程，会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响，了解光栅衍射的应用. *六 了解光栅方程的缺级现象，了解X射线的衍射及应用. 七 理解自然光、线偏振光和部分偏振光的特征及检验方法，理解马吕斯定律，理解布儒斯特定律，了解发射和折射时光的偏振的应用. 预习要点 光的衍射具有哪些特点？什么是夫琅禾费衍射？ 注意领会惠更斯-费涅耳原理的主要内容，以及由此原理处理衍射问题的基本思想. 什么是费涅耳半波带法？注意怎样用此方法分析单缝衍射图样的形成. 单缝衍射明暗纹位置如何确定？其条纹有何特点？ 光在传播过程中遇到障碍物，光波会绕过障碍物继续传播，如果波长与障碍物相当，衍射现象最明显. 衍射现象的特点： 1 光的衍射是在一定条件下产生的光偏离直线传播并且光能在空间不均匀分布的现象. 2 光束在什么地方受到限制，衍射图样就在什么方向铺展，且限制愈甚，铺展愈甚，即衍射效应愈强. 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. 菲涅耳原理----波传播到某一点的光强为各个子波在观察点的干涉叠加. 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. 波在前进过程中引起前方某点的总振动为面S上各面元dS所产生子波在P点引起分振动的总和. 光源、屏与缝相距无限远，平行光的衍射. 在屏幕上某点P距屏幕中心o点为x，对应该点的衍射角为?，AB间两条光线的光程差为 .?称为衍射角. P点的光强是单缝处各面元上平行光的叠加. 透镜不引起附加光程差 当用透镜观测干涉时， 不会带来附加的光程差。 结论： 用 ? / 2 分割 ，过等分点作 BC 的平行线，等分点将 AB 等分----将单缝分割成数个半波带. 相邻两波带的对应点上发出的子波在P点的相位差为 ，即相邻半波带上对应点光程相差半个波长，所产生的光振动完全抵消. 有三种情况： 1 可分为偶数个半波带； 2 可分为奇数个半波带； 3 不能分为整数个半波带. 1 半波带法 在P点形成明纹还是暗纹决定于能将BC分成奇数个半波带还是偶数个半波带, 即决定于衍射角. 减弱 加强 2 光强分布 由中央到两侧, 光强迅速下降, 中央明条纹集中了绝大部分光能, 这是因为k越大, 缝被分成的半波带越多, 而未被抵消的波带面积越小的缘故. 1 0.047 0.017 3 条纹的角宽度 中央明纹的角的宽度 缝宽对衍射图样的影响 缝越窄，衍射就越显著；缝越宽，衍射就越不明显. 当缝宽 时，各级衍射条纹向中间靠拢，密集的无法分辨，只显出单一的明条纹. 因此光的直线传播现象，是衍射现象的极限情形. 波长对条纹的影响 当缝宽不变时, 各级条纹的角位置和角宽度因波长而异. 如果用白光入射, 中央明条纹仍为白色, 但由中央至两侧的其他各级明纹会因波长不同位置相互错开而呈紫到红的彩色衍射图样, 即衍射光谱. 讨论 例1. 单缝 点 处是明纹 求