8-3光的衍射.ppt

电子工程学院 杨小红 理学院 杨小红 2 理解用半波带法来分析夫琅禾费单缝衍射条纹分布规律的方法，会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响. 3 了解衍射对光学仪器分辨率的影响. 1 了解惠更斯－菲涅耳原理及它对光的衍射现象的定性解释. 光的衍射 一 光的衍射现象 圆孔衍射 * 指缝衍射 剃须刀片衍射 球 面 波 平 面 波 介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波的波源，而在其后的任意时刻，这些子波的包络就是新的波前. 这就是惠更斯原理. 二 惠更斯原理 O 波的衍射 水波通过狭缝后的衍射 三 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.P 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 * 问：如何实现夫琅禾费衍射 ？ 四 菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射 夫 琅 禾 费 衍 射 缝 光源、屏与缝相距无限远 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 .） 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 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？ 单缝实验（缝宽度变化对条纹的影响） 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 ? 5. 干涉和衍射的区别 若单色光入射，干涉与衍射都产生明、暗相间的条纹. ①干涉是两束光或有限束光的相干叠加,而衍射是从同一波阵面上各点发出的无数个子波(球面波)的相干叠加,从这个意义上看,衍射本质上也是干涉. ②在纯干涉的情况下,不同级次的光强是一样的;而衍射条纹不同级次的光强是不同的,级次越高(k越大)光强越弱. ③双缝干涉条纹是等间距的;而单缝衍射条纹的中央明纹宽度是其他各级条纹宽度的两倍. ④注意双缝干涉与单缝衍射明、暗纹的条件. 单缝衍射 明纹中心 暗纹中心 明纹中心 暗纹中心 双缝干涉 0 中央明纹 问：单缝上下微小移动时，衍射图有否变化？ 答：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 单缝上移，零级明纹中心仍在透镜光轴上. 讨论：下面单缝衍射图中，各条入射光线间距相等，问：1）光线 1 与 3 在幕上 P 点相遇时, 两光振动的位相差为什么？ 2）P 点是明还是暗？ 答：1） 1，3光线在P 点相遇时, 两光振动的位相差为 . 2） P 点是暗点. 缝长 R P 1 3 5 1 3 5 例1 一单色平行光垂直入射一单缝，其衍射第三级明纹位置恰好与波长为 600 nm 的单色光垂直入射该缝时衍射的第二级明纹位置重合，试求该单色光的波长. 解 解：第一级和第二级暗条纹的中心满足 第一级和第二级条纹的位置为 中央明条纹的宽度为 第一级暗条纹与第二级暗条纹之间的距离为第一级明条纹的宽度，有 例2：在单缝衍射中，设缝宽 ，缝后薄透镜的焦距 ，试求中央明条纹和第一级明条纹的宽度。 例3在夫琅禾费衍射装置中,用细丝代替单缝,就构成了衍射细丝测径仪. 已知光波波长为630nm, 透镜焦距为50cm,今测得中央明纹的宽度为1.0cm, 试求该细丝的直径. 解 中央明纹宽度 细丝的直径 例4 在平行单色光垂直照射到缝宽为0.5mm 的单缝上,缝后有一个焦距为100cm的凸透镜, 在透镜焦平面上的屏上形成衍射条纹,若距离透镜焦点为1.5mm的点P处为第一级明纹,试求: (1)入射光的波长; 解 明纹条件