第18章光的衍射课件.ppt

* 一．光在传播过程中能绕过障碍物的边缘而偏离直线传播的现象叫光的衍射。 不但光线拐弯,而且在屏上出现明暗相间的条纹。 * S 衍射屏 观察屏 a ? ? ? 10 - 3 a 这是光具有波动性的重要表现。 18 光的衍射 18.1 光的衍射现象 惠更斯-菲涅尔原理 ? * S 衍射屏 观察屏 L? L 1 圆孔衍射 圆盘衍射 2 二．衍射分类--菲涅尔衍射和夫琅和费衍射 1.菲涅尔衍射：光源或接收屏距离衍射屏为有限远。 2.夫琅和费衍射：光源或接收屏距离衍射屏都相当于无限远 光源 障碍物 接收屏 P点在无穷远 夫琅和费衍射在实验中的实现 3 三．惠更斯— 菲涅耳原理 波前S上的每个面元ds都可以看成是发出球面子波的新波源，空间任意一点P的振动是所有这些子波在该点的相干叠加。 （1）各子波在 P 点的相位 （2）各子波在 P 点的振幅 （3） P 点的合振动方程 惠更斯-菲涅耳原理 核心——子波相干叠加 4 18.2 单缝的夫琅和费衍射 明暗相间的平行直条纹,条纹的宽度和亮度不同 * 一、夫琅和费单缝衍射 1. 实验装置 2. 实验现象 5 二、菲涅尔半波带法 菲涅耳波带法 (a) 两条边缘衍射线之间的光程差 P点条纹明暗取决于光程差BC的大小 菲涅耳波带 各个波带面积相等, 在P点引起的光振幅接近相等 菲涅耳波带法 (b) 暗纹 明纹 ６ P点(衍射角 ?平行光的会聚点) 暗纹 明纹 中央明纹的角宽度 中央明纹的线宽度 三． 振幅矢量法 N个等宽的细窄条子波源到P点的距离近似相等, 引起的光振幅近似相等, ?? ７ 相邻面元的光程差 相邻面元的光程差 相位差 其中 ８ 1) 中央明纹 2) 暗纹 3) 次级明纹 作图法可得其它主极大 ９ 例、用波长λ=589.3nm的钠黄光，垂直照射到宽度a=0.20mm的单狭缝上，在狭缝后放置一个焦距f=40cm的透镜，则在透镜的焦平面处的屏幕上出现衍射条纹。试求：（1）中央明条纹的宽度；（2）第一级与第二级暗条纹之间的距离。 解：（1） 中央明条纹的区域为： 因为θ1很小，有 （2）由单缝衍射暗条纹条件有： 则第一级暗条纹和第二级暗条纹之间的距离为： 10 18-3 衍射光栅 一 光栅衍射 光栅： 具有空间周期性的衍射装置 缝间距为d d=a+b 称为光栅常数 光栅的衍射条纹： 单缝衍射和多缝干涉 的总效果 11 光栅常数 d = a+b （1） 明纹 --- 多缝干涉加强 光栅方程： （2） 暗纹 --- 多缝干涉相消 （主明纹或主极大） ---- 相邻主明纹之间有 N-1 条暗纹 （3） 次明纹 ---- 相邻主明纹之间有 N-2 条次明纹或次极大 二 光栅衍射条纹的形成 a b’ 12 光栅常数 d = a+b （1）明纹 （2）暗纹 （3）次明纹 （4）缺级现象 缺级的级次为: 13 光栅衍射强度公式 衍射因子 干涉因子 分析干涉因子： N条相干光叠加 相邻两缝对应光线相位差 由 14 讨论： (1) 光强有极大值 即 (2) 但仍为整数： 极小 光栅公式 15 例： 波长为 600nm的单色光垂直入射在一光栅上。第二级明纹出现在 sinθ=0.20 处，首次缺级为第四级。试求 （1） 光栅常数； （2） 光栅上狭缝宽度； （3） 屏上实际呈现的全部级数。 （1）光栅常数 k q l sin b a d = + = （2） 光栅衍射为单缝衍射与多缝干涉的合成结果。 缺级即干涉的主极大恰与单缝衍射的极小重合，即 sin sin ) ( l q l q k， a k b a  = = + 解：光栅方程 20 . 0 sin , 2 6 k - = = 代入， 将第二级明纹 q ) ( 10 0 . 6. m d = 得 ? 16 据题意，首次缺级为第四级，即 4 , 1 =  = k k’ （3） 由 2 2 , sin p q p l q - = 及 k d , , 8 , 4 k , 10 2 sin L ? ? = = = 考虑到缺级 最高级次 l l p d d k . 9 , 7 , 6 , 5 , 3 , 2 , 1 , 0 ? ? ? ? ? ? ? = k 实际呈现的全部级次为 ) ( 10 5 . 1 4 ) ( 4 1 6 m d b a a - ? = = + = 狭缝宽度为 17 sin sin ) ( l q l q k， a k b a  = = + 三.光栅光谱 如果入射光中包含两个十分接近的波长?与?’， 由于色散,它们各有一套窄而亮的主极大。 光栅方程 波长相差越大、级次越高, 则分得越开。 I si