19、光栅衍射精读.ppt

11-5 衍射光栅 * * 同学们好 四川九寨沟 菲涅耳波带法（半定量方法） 对应的单缝a被分为 n个半波带 ? . A2 A1 λ 2 . . . A3 . . C A B a x f P A4 对应中央明纹中心 n为偶数： 两两相消，屏上相聚点为暗纹 n为奇数: 剩下一个半波带中的衍射光线未被抵消 对应的屏上相聚点为明纹中心 对应非明、暗纹中心的其余位置 ? . A2 A1 λ 2 . . . A3 . . C A B a x f P A4 I sin? 0 ?明暗纹条件： 中央明纹中心 各级明纹中心 暗纹 注意： 二者明暗纹条件是否相互矛盾? max a ? 讨论： ? 双缝干涉中 明 暗 单缝衍射中 明 暗 ?计算衍射条纹线宽度 中央明纹 其余明纹 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 光栅衍射条纹有哪些特点? 注意关于光栅衍射条纹形成的分析. 推导光栅方程. 什么是衍射光谱? 光栅有哪些主要应用? 大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面)构成的光学元件。 衍射光栅 (透射光栅) 反射光栅(闪耀光栅) 从工作原理分: 11-5 光栅衍射 设光栅中每条缝的宽度为a，两缝间不透光的部分宽度为b，则d=（a+b）称为光栅常数，它是光栅的一个重要参数。一个实用光栅，每毫米内有上千条甚至上万条刻痕。设一个每毫米有2000条刻痕的衍射光栅，其光栅常数为： mm 0. 光栅与光栅常数 S 1. 光栅衍射条纹分布及特征 L1 E A：光栅 E：屏幕 L1、 L2 透镜 d 中央 明纹 A L2 D (1) 条纹特征 1) 明条纹细而亮，有较宽的暗区，N越大明纹越细。 2) 各级明纹亮度不同，有缺级现象。 I 1 2 4 5 -1 -2 -4 -5 缺 级 缺 级 -2 2 N=5 单缝衍射条纹 光栅衍射谱线 ?各单缝分别同时产生单缝衍射 注意：每一个单缝衍射的图样和位置都是一样的。 各单缝衍射的平行光产生多光 干涉。 ? 显然干涉条纹要受到衍射光的影响。 I (2) 衍射条纹的形成 光栅方程 各单缝衍射的平行光产生什么样的多光干涉？ I a b d B C a b d B C a b d B C a b d B C 从不同单缝射出的平行光依次相差 相同的光程BC或相同的相位差? 光栅衍射是N个（光栅总缝数）光程差依次相差Δ=BC的光振动的叠加 用平行光垂直照射在光栅上，相邻两条缝同一衍射角的衍射光的光程差都相同。如果在某个方向上，相邻两光线光程差为k?，则所有光线在该方向上都满足加强条件。 加强 光栅方程: K=1,2,3….对应各级明纹主极大. 对N 缝干涉两主极大间有N - 1个极小， N - 2 个次极大。 随着N 的增大，主极大变得更为尖锐，且主极大间为暗背景 (3)光栅缝数对衍射条纹的影响 缝干涉强度分布 缝干涉强度分布 缝干涉强度分布 几种缝的光栅衍射 例：分光计作光栅实验，用波长 ? = 632.8 nm的激光照射光栅常数 d = 1/300 mm的光栅上，问最多能看到几条谱线。 解：在分光计上观察谱线，最大衍射角为 90°, 取 能观察到的谱线为11条： 1)光栅衍射是单缝衍射与多光束干涉合成的结果，光栅中各主极大受到单缝衍射光强的调制。 2)当光栅明纹处恰满足单缝衍射暗纹条件，该处光强为 0 ，出现缺级。 0 I单 -2 -1 1 2 I 0 4 8 -4 -8 单缝衍