11ok第四章波动光学.ppt

4-1 光和光的相干性 4-2 分波阵面干涉 4-3 分振幅干涉 4-5 光的衍射 4-8 光栅衍射 4-9 光的偏振 分析： 产生明显衍射现象的条件是： 中央明条纹的宽度正比于波长 ，反比于缝宽a。 缝越窄，衍射越显著；缝越宽，衍射越不明显。 各级条纹向中央靠拢，密得无法分辨， 只看到一条明条纹, 衍射现象可勿略。 阴 影 屏幕 几何光学是波动光学在 a λ时的极限情况。 当a~ λ 或 a λ 时会出现明显的衍射现象。 当缝宽比波长大很多时，形成单一的明条纹. 显示了光的直线传播的性质. 结论 阴 影 屏幕 屏幕 中央明纹为白色，其两侧呈现一系列从紫到红的彩色。 如果用白光做光源: 讨论： a. 光强分布 当 ? 角增加时，半波带数增加，未被抵消的 半波带面积减少，所以光强变小； 问题：当 ? 增加时 光强的极大值迅速 衰减。为什么？ I a λ 5 2 a λ 3 2 a λ 3 2 a λ 5 2 0 sin ? 因为衍射角相同的光线，会聚在接收屏的相同位置上。 O a ? O a ? b、单缝位置对光强分布的影响 问题：衍射屏为平行等宽双狭缝，每一个缝的衍射图样、位置一样吗？ 单缝上下移动， 条纹位置不变。 条纹位置如何？ 18 c、 缝宽a对条纹分布的影响 a 变大，条纹变窄； a 变小，条纹变宽。 d、 波长对条纹分布的影响 所以衍射条纹宽度随波长的减小而变窄。 λ小，条纹窄； λ大，条纹宽。 例 一束波长为? =500nm的平行光垂直照射在一个单缝上。 如果所用的单缝的宽度a=0.5mm，缝后紧挨着的薄透镜焦距f=1m，求：(1)第一级暗纹离中央明纹中心的距离； (2)中央明条纹的半角宽度； (3)中央亮纹的线宽度； (4) 如果在屏幕上离中央明纹中心为x=3.5mm的P处为一明纹，则它为第几级明纹？从P处看，对该光波而言，狭缝处的波阵面可分割成几个半波带？ 解： (2)中央亮纹半角宽度 (3)中央亮纹线宽度 (1)第一级暗纹离中央明纹中心的距离 (4)已知x=3.5mm是明纹 当k=3时，光程差 狭缝处波阵面可分成7个半波带。 实验装置 S * D 4-7 圆孔夫琅和费衍射 中央是个明亮的圆斑，外围是一组同心的明暗相间的圆环。 圆孔衍射 光强分布 由第一暗环围成的光斑，占整个入射光束总光强的84%，称为爱里斑。 爱里斑 0 I 第一暗环对应的衍射角 称为爱里斑的半角宽度， （它标志着衍射的程度） 式中D=2r 为圆孔的直径，若 f 为透镜L2 的焦距，则 爱里斑的半径为： 第一级暗环的衍射角满足； 条纹特点：亮、细、疏 衍射光栅：由大量等间距、等宽度的平行狭缝 所组成的光学元件。 光栅常数：a+b 数量级为10-5~10-6m 一、光栅的衍射花样 二、光栅方程 d=a+b 光栅常数d 的数量级约10-6 米 透 射 光 栅 A a b ? P O ? f 每缝都会衍射缝缝还有干涉 1、明纹条件 (光栅方程) 狭缝越多，条纹就越明亮。 A a b ? P O ? f 透 射 光 栅 每缝都会衍射，缝缝还有干涉 在衍射角为任意角? 的方向上，从任意两相邻窄缝相应点发出的光到达P点的光程差都是dsin?. 在相邻暗条纹之间必定有次级明纹，称为次极大。相邻主极大之间有(N-2)个次极大。 在相邻主极大明条纹之间实际上有N-1个暗条纹 。 N=2 N=6 A a b ? P O ? f 36 光栅衍射 光栅衍射图样是多缝干涉光强分布受单缝衍射光强分布调制的结果。 单缝衍射 多缝干涉 光栅衍射 单缝衍射和多缝干涉的总效果。 缺级时同时满足： 2、缺级 若干涉的某一级明纹恰落在衍射的一暗纹处，这一级明条纹便会缺掉。 所缺的级数k为： 例如当d/a=3时， 则缺级的级数为? 3， ? 6……。 如果有几种单色光同时投射在光栅上，在屏上将出现光栅光谱。 x f 0 ? 屏 复色光 白光投射在光栅上，在屏上除零级主极大明条纹由各种波长混合仍为白光外，其两侧将形成由紫到红对称排列的彩色光带。 三、 光栅光谱 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sinθ2=0.2处，第4级缺级。求：(1)光栅常数是多少？(2)狭缝的最小宽度是多少？ (3)按上述选定的a、d值，实际上能观察到的全部明纹数是多少？ 解: (1) (2) 在-900sinθ900范围内可观察到的明纹级数为k=0,?1, ?2, ?3, ?5, ?6, ?7, ?9,共15条明纹 (3)实际上能观察到的全部明纹数是多少？ 相邻