【2017年整理】23光的衍射.ppt

第23章光 的 衍 射 本章主要内容 §23-1 光的衍射 Huygens-Fresnel原理 §23-2 单缝的Fraunhofer衍射 §23-3 光学仪器的分辨本领 §23-4 细丝和细粒的衍射 §23-5 光栅衍射 §23-6 光栅光谱 §23-7 光盘及其录音与放音 §23-5 X射线的衍射 §23-1 光的衍射 Huygens-Fresnel原理 §23-2 单缝的Fraunhoher衍射 §23-3 光学仪器的分辨本领 §23-5 光栅衍射 §23-6 光栅光谱 §23-7 光盘及其录音与放音 §23-8 X射线的衍射 Fresnel在波动光学发展历史上的巨大贡献： 在解决“微粒说”和“波动说”的百年之争的问题中， Fresnel始终 坚持从实验出发，为光的波动理论的发展及其地位的确定，提供了大量 的有利证据。 1814年，年轻的法国人Fresnel开始对光学产生浓厚兴趣。此后一年 里他做了大量的衍射实验，但当时光的微粒说仍占据统治地位，尽管世 纪初英国人Young的干涉实验早已公布于世，但法国的许多权威学者仍 然支持微粒说的观点，并努力给予微粒说一定的发展（用微粒说解释有 关光的一些实验现象）。直到1818年，法国政府还悬赏征求解决衍射问 题的答案，当时微粒说的支持者宣称他们一定能取得胜利。 1821年，夫琅和费用细金属丝绕在螺纹上，脱胎再压扁成平面，这是 最初的光栅雏形。1823年有用金刚石在玻璃上刻出直线。 19世纪末，采用精密机器在镀膜的玻璃上刻痕。 20世纪40年代，人们才用更精密的刻制机器直接在玻璃上刻痕，并大 规模地制备光栅。 1895年，伦琴在研究热阴极的实验中，意外地发现实验中所用的荧光屏 有微弱的发光，他断定是热阴极发射出某种射线所致。由于当时对这种 射线的性质和本质不清楚，被伦琴称为 X-ray，后人也称伦琴射线。 进一步的实验发现X射线不是带电粒子束（在磁场中不偏转），但穿透 物质的能力很强（后被医学和工业无损探伤所广泛利用）。后来人们意 识到X射线是实际就是波长在紫外光以下的电磁波，1921年，劳厄等人 证实了X射线作为电磁波的波动性。因此，X射线也被称为X光。 伦琴因发现X射线而获得诺贝尔奖。 Fresnel在波动光学发展历史上的巨大贡献（续）： 1816年，由于Fresnel在他的一篇论文中提出了“半波带”理论，使 当时身为法国科学院院长的Arago颇感兴趣。于是，在Arago的支持和共 同努力下，又做了大量工作，并在理论上提出了“子波相干叠加”的思 想，为光的衍射和干涉实验找到了令人信服的理论依据。最终Fresnel获 得了悬赏的奖金。 到了19世纪50年代初，法国人傅科（Foucault）和斐索（Fizeau）分 别测出了光在空气和水中的传播速度，得出了 ，这才使争论了 200年之久的“微-波大战”以牛顿提出的微粒说彻底崩溃而告结束。 §4-4 光栅衍射和光栅光谱 3缝 4缝 5缝 0级 1级 2级 -1级 N缝 N-2 个次极大 N-1 个暗纹 主极大 主极大 主极大 主极大 ? 衍射光强的主极大 忽略缝宽： 光强主极大值 光强次极大值 次极大数主极大宽度 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. §4-4 光栅衍射和光栅光谱 0级 1级 2级 -1级 N缝 主极大 主极大 主极大 主极大 光栅方程：——主极大所满足的条件： Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. §4-4 光栅衍射和光栅光谱 考虑缝宽： 结论：光栅衍射的衍射图样通过多缝的多光束干涉产生角宽度很小的主极大，中心角位置彼此离散；各级主极大的强度受到“单缝衍射光强分布”的调制。 0级 1级 2级 ? 衍射光强受单缝衍射因子的调制 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. sin? N2 sin2N?/sin2? 0 4 -8 -4