波动光学(衍射).pptVIP

* 1、光的衍射现象-光在传播过程中，能绕过障碍物的边缘而偏离原来的直线传播方向，进入几何阴影区并形成一定的光强分布的现象。 衍射现象分类 1.菲涅耳衍射 光源和观察屏(或二者之一)离衍射屏(障碍物)的距离有限 —— 近场衍射 2.夫琅和费衍射 光源和观察屏都离衍射屏无限远 ——远场衍射 衍射产生条件：障碍物线度与波长大小可比拟 13.2 光的衍射 一、光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理 波前(波阵面)上每个面元都可以看成是发出球面子波的波源；各子波在空间某点的相干叠加，就决定了该点波的强度。 波面上各点均是相干子波源 惠更斯—菲涅耳原理的数学表述 2、惠更斯-菲涅尔原理 二、单缝衍射（夫琅和费衍射） 1.实验装置 2.菲涅耳半波带法 光程差均是 ?/2 半波带 半波带个数 a：缝宽 S：单色线光源 ? ：衍射角 L1：凸透镜 L2：凸透镜 B A a θ 半波带 半波带 相消 相消 P处干涉相消形成暗纹 半波带个数 中央，O点 亮纹，零级亮纹 第一次出现暗纹 暗纹 亮纹 明亮程度变差，但不是暗纹 再次出现亮纹 中央亮纹的宽度是其它亮纹宽度的2倍 3.惠更斯—菲涅耳原理计算(N个振动的叠加) m 个子光源，振幅a0 相邻光源在 P 的光程差 合振动的振幅 中央亮纹的光强 屏上光强分布 4.结果的讨论 (1)光强度分布 (2)主极大(中央明纹) (3)极小(暗纹) 以 或a为横轴，中央亮纹两侧暗纹是等间距的 偶数个半波带 (4)次极大 I 的极大值 以 为横轴，亮纹分布近似等间距 (5)条纹宽度 零级亮纹 其它亮纹 几何光学是波动光学在 时的极限 缝上下平移时？ 光源 S 上下平移时？ 反比 * 例13-11: 以单色平行可见光垂直照射宽 a=0.6mm 的单缝，缝后凸透镜的焦距f=40cm ,屏上离中心点O距离 x=1.4mm处P点恰为一明纹中心.试求 （1）该入射光的波长； （2）P点条纹的级次； （3）从P点看来，对该光波而言，狭缝处被划分为多少各半波带？ f x O B A P C * 解：由单缝衍射明纹条件 又 f ??a， sin? ? x/f，所以 k=3时，? = 600nm k=4时，? = 466.7nm 当? = 600nm时，级次为3 半波带数：2k+1=7 当? = 466.7nm 时， 级次为4 半波带数：2k+1=9 f x O B A P C 例：某一波长的光在同一个单缝衍射中的第3级明纹中心与波长 为600nm的光的第2级明纹中心重合。试求该光波的波长。 解: 例：单缝衍射实验,?=605.8nm的光垂直入射，缝宽a = 0.3mm， 透镜焦距 f=1m。求：(1)中央明纹的宽度；(2)第二级明纹 中心至中央明纹中心的距离；(3)相应于第二级和第三级明 纹，单缝可分出多少个半波带，每个半波带的宽度是多少？ 解: 可分出5个和7个半波带 半波带宽度分别为 三、光学仪器的分辨本领 1.圆孔的夫琅和费衍射 圆孔直径d 中央亮斑 约占总能量的84% 爱利斑 爱利斑角半径 爱利斑半径 象斑 2.光学仪器的分辨本领 几何光学： 物点 ? 象点 波动光学： 物点 ? 象斑 瑞利判据： 对于两个等光强的非相干点光源(物点)，如果其一个的衍射主极大恰好和另一个的衍射第一极小相重合，则此两物点被认为是刚刚可以分辨。 清晰分辨 刚可分辨 不可分辨 光学仪器的最小分辨角 分辨率(分辨本领) ? 不可选择， 望远镜： ▲ 世界上最大的光学望远镜(LBT) ▲世界上最大的射电望远镜 波多黎各岛的 Arecibo D = 305 m 2400 万光年 凹镜直径 D = 8.4m 中国正在制造直径达到500米世界最大的射电望远镜FAST Large Binocular Telescope 显微镜： D不会很大， 电子显微镜 例13-12：在通常的明亮环境中，人眼瞳孔直径约为3mm，问人眼的最小分辨角是多大？如果纱窗上两根细丝之间的距离2.0mm，问人离开纱窗多远处恰能分辨清楚？ 解：以视觉感受最灵敏的黄绿光来讨论，其波长?=550nm, 人眼的最小分辨角 设人离开纱窗的距离为 s，纱窗上相邻两根细丝的间距为 l， 对人眼来说，张角?为： 当恰能分辨时，应有 人眼能分辨纱窗细丝的最远距离： s 四、光栅衍射 1.光栅： 缝宽：a 不透光间隔：b 光栅常数 光栅 透镜 屏 光栅缝的总数 N 多光束干涉 考虑 N = 2 的情形 杨氏双缝 实际上,每个缝的衍射光的叠加 I θ θ a d f θ 干涉条纹各个条纹强度不再相等,