第2章光的衍射课件.ppt

* * 圆孔衍射 单缝衍射 * 一　光的衍射(diffraction)现象 * 二 惠更斯—菲涅尔原理 ：波阵面上面元 (子波波源) 菲涅尔指出 衍射图中的强度分布是因为衍射时，波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定。　点振动是各子波在此产生的振动的叠加。 子波在 点引起的振动振幅 并与 有关 . ： 时刻波阵面 * 三　菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射 夫 琅 禾 费 衍 射 光源、屏与缝相距无限远 缝 在实验中实现 夫琅禾费衍射 菲 涅 尔 衍 射 缝 光源、屏与缝相距有限远 夫 琅 禾 费 单 缝 衍 射 衍射角 （衍射角 ：向上为正，向下为负 .） 菲涅尔波带法 1、半波带法 缝长 干涉相消（暗纹） 干涉加强（明纹） （介于明暗之间） （ 个半波带） 个半波带 个半波带 中央明纹中心 2、光强分布 干涉相消（暗纹） 干涉加强（明纹） 当 较小时， 干涉相消（暗纹） 干涉加强（明纹） 讨 论 （1）第一暗纹距中心的距离 第一暗纹的衍射角 一定， 越大， 越大，衍射效应越明显. 光直线传播 增大， 减小 一定 减小， 增大 衍射最大 第一暗纹的衍射角 角范围 线范围 中央明纹的宽度 （2）中央明纹 （ 的两暗纹间） 单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？ 越大， 越大，衍射效应越明显. 入射波长变化，衍射效应如何变化 ? （4）单缝衍射的动态变化 单缝上移，零级明纹仍在透镜光轴上. 单缝上下移动，根据透镜成像原理衍射图不变 . （3）条纹宽度（相邻条纹间距） 干涉相消（暗纹） 干涉加强（明纹） 除了中央明纹外的其它明纹、暗纹的宽度 （5）入射光非垂直入射时光程差的计算 （中央明纹向下移动） （中央明纹向上移动） 例1 设有一单色平面波斜射到宽度为 的单缝 上（如图），求各级暗纹的衍射角 . 解 由暗纹条件 例2 如图，一雷达位于路边 15m 处，它的射束与公路成 角. 假如发射天线的输出口宽度 ，发射的微波波长是18mm ，则在它监视范围内的公路长度大约是多少？ 解 将雷达天线输出口看成是发出衍射波的单缝，衍射波能量主要集中在中央明纹范围内. 根据暗纹条件 四 圆孔衍射 艾里斑 ：艾里斑直径 五 瑞利判据 对于两个强度相等的不相干的点光源（物点），一个点光源的衍射图样的主极大刚好和另一点光源衍射图样的第一极小相重合，这时两个点光源（或物点）恰为这一光学仪器所分辨. * * 六 光学仪器的分辨本领 最小分辨角 （两光点刚好能分辨） 光学仪器分辨率 光学仪器的通光孔径 1990 年发射的哈勃 太空望远镜的凹面物镜 的直径为2.4m ，最小分 辨角 ，在大气层 外 615km 高空绕地运行 , 可观察130亿光年远的太 空深处, 发现了500 亿个 星系 . 例1 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm，而在可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，问 （1）人眼的最小分辨角有多大？ （2）若物体放在距人眼25cm（明视距离）处，则两物点间距为多大时才能被分辨？ 解（1） （2） 例2 毫米波雷达发出的波束比常用的雷达波束窄，这使得毫米波雷达不易受到反雷达导弹的袭击. （1）有一毫米波雷达，其圆形天线直径为55cm，发射频率为220GHz的毫米波，计算其波束的角宽度； （2）将此结果与普通船用雷达发射的波束的角宽度进行比较，设船用雷达波长为1.57cm，圆形天线直径为2.33m . 解（1） （2） 七 光栅 许多等宽度、等距离的狭缝排列起来形成的光学元件. 衍射角 明纹位置 相邻两缝间的光程差： 光栅常数： 光栅常数 衍射角 ：透光部分的宽度 ：不透光部分的宽度 八 光栅衍射条纹的形成 光栅的衍射条纹是衍 射和干涉的总效果 条纹最高级数 讨 论 光强分布