光衍射(北邮)).ppt

缝衍射 衍射。张清（北邮） 张清 13-1 光的衍射 惠更斯-菲涅耳原理 三. 菲涅尔衍射与夫朗和菲衍射 13—2 单缝夫琅和费衍射 二、 菲涅耳半波带法 三、讨论： 13-3 光栅衍射 二、光栅衍射条纹的形成  三、 光栅衍射图样特点 四、斜射 五、衍射光谱 例：求第三级谱线重叠的波长范围。 四、缺级现象 ※屏上看见的条纹数 13—4、 圆孔衍射 光学仪器分辨率 2、瑞利判据 ※分辨率： 13-5 X射线的衍射 二、X 射线衍射---劳厄实验 三、 布喇格公式（1913年） 四、X 射线的应用 缝衍射 第一级暗环对应的衍射角 称为艾里斑的半角宽： 1、艾里斑的半径： 光源 接收屏 艾里斑 障碍物 1.22(?/D) sin? I / I0 0 艾里斑 比较：单缝衍射，中央明纹半角宽度： 大多数光学仪器中的透镜是圆形的，可看做透光孔（圆孔）。 瑞利判据：如果一物点在像平面上形成的爱里斑中心，恰好落在另一物点的衍射第一级暗环上，这两个物点恰能被仪器分辨。 D ?0 * S2 * S1 最小分辨角： 若透镜的焦距f，则爱里斑的半径： 恰可分辨 S1 S2 S1 S2 不可分辨 S1 S2 可分辨 例：在夜间，人眼瞳孔的直径约为5.0毫米，在可见光中，人眼最灵敏的波长为5500A,此时人眼的最小分辨角为_______，在迎面驶来的汽车上，两盏前灯相距12厘米，当汽车离人的距离为________时，眼睛恰好可分辨这两盏灯？ 可见提高分辨率： ※增大孔径（天文、摄影） 最小分辨角的倒数. ※用紫光或紫外线作光源 ※电子显微镜（利用电子束的波动性成像） # X 射线是波长很短的电磁波。 # X 射线的波长： 0.01 ~ 10nm 阳极 （对阴极） 阴极 X射线管 ~ 10 4 10 5 V + # 在电磁场中不发生偏转。 劳 厄 斑 点 根据劳厄斑点的分布可算出晶面间距，掌握晶体点阵结构。 晶体可看作三维 立体光栅。 晶体 底 片 铅 屏 X 射 线 管 M P ? N ★考虑的是上下两层晶面反射光线间的干涉。 A B 1 2 3 d C ? D ? A ? 1 2 3 d * * 光在传播过程中遇到障碍物，能够绕过障碍物的边缘前进这种偏离直线传播的现象称为光的衍射现象。 缝较大时，光是直线传播 缝变小，衍射现象明显 阴 影 屏幕 屏幕 一、 光的衍射现象 二.惠更斯--菲涅尔原理 n P r S dS 2. P点的强度，决定于所有子波在P点叠加的合 振幅，即决定于各次波到P点的光程差。 问：双缝干涉的结果是由两束光干涉，能量重 新分布。 单缝为何出现类似现象？ 一束光和谁干涉？即衍射的本质是什么？ 衍射——子波的干涉 —波不能向后传 夫琅和菲衍射 菲涅尔衍射 点 光 源 夫琅和菲衍射 平 行 光 平 行 光 点 光 源 （实际中常见） （实验室常用） 实验室： S 线 光 源 f1 f2 光强 一、单缝夫琅和费衍射 a 暗 明 注：若光程差不是 的整数倍，屏上的亮度介于最亮和最暗之间。 中央明纹 f a 透镜 B A 屏 o f f · p C 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。 当 ? 增加时,为什么光强的极大值迅速衰减？ 例：一束波长为? =5000?的平行光垂直照射在一个单缝上。已知单缝衍射的第一暗纹的衍射角?1=300，求该单缝的宽度a=? 解： 一级暗纹 k=1, ?1=300 x f φ . A A A B C a φ 1 2 λ 2 . . . . . A 3 P . . . 例、一束波长为? =5000?的平行光垂直照射在一个单缝上。 a=0.5mm，f=1m ，如果在屏幕上离中央亮纹中心为x=3.5mm处的P点为一亮纹，试求(a)该P处亮纹的级数；(b)从P处看，狭缝处的波阵面可分割成几个半波带？ (b)当k=3时， 狭缝处波阵面可分成7个半波带。 中央两侧第一暗纹之间 2、 中央亮纹角宽度： 1、中央明纹很亮，出现在 处。 3、中央明纹的线宽度是其他明纹宽度的两倍： f a o fk fk · p xk k级暗纹: 中央明纹宽度 : 其他明纹宽度 : k级暗纹： f a O fk fk+1 Dx 例、一束波长为? =5000?的平行光垂直照射在一个单缝上。如果缝宽a=0.5mm，缝后薄透镜焦距 f=1m，求：(a)中央明条纹的角宽度；(b)中央亮纹的线宽度；(c) 第一级与第二级暗纹的距离； (a) (b) (c) 4、 ，条纹分散得 开，衍射现