[理化生]光的衍射.ppt

车灯由远及近…… s 1 s 2 ?0 ?0 D * * 在恰能分辨时，两个点光源在透镜前所张的角度， 称为最小分辨角?0 ，等于爱里斑的半角宽度。 最小分辨角的倒数 ：光学仪器的分辨率 D越大，波长越小，衍射越弱，分辨率越高。天文望远镜。电子显微镜。 高级卡片机/低级单反 例：白昼，人眼瞳孔平均直径2.5mm，远处两个发光点 1km远，波长600nm。它们相距多远人恰能分辨出来？ 光的衍射 回顾 衍射：光绕过障碍物的边缘，偏离直线传播进入几何阴影，出现光强不均匀分布。 对比 干涉：两列频率/振动方向相同，相位差恒定的波在空间相遇，产生光强不均匀分布 如何解释？ 惠更斯-菲涅尔原理：子波 + 子波叠加 最简单的衍射系统：夫琅禾费衍射 far-field 单缝衍射: 半波带法 条纹宽度 中央亮纹半角宽度 光学没用啊？学它干吗？ --by无名氏同学 什么是有用？ 有没有用？ -干涉的用处 -衍射的用处—分光、测量波长、测量微小距离(晶体） 边缘模糊，光强有限 条纹间距宽，亮，窄 衍射角 单缝上下移动 光的衍射 四 衍射光栅 由大量等间距、等宽度的平行狭缝组成的光学元件。 1）透射光栅： 透明板（玻璃）刻上大量不透光的刻痕，透射光衍射。（演示试验） 2）反射光栅： 不透明光滑的平面（金属）上刻上大量平行槽（剖面具有一定形状），反射光衍射。 光栅常数：缝宽b+刻痕b’ 数量级为10-5~10-6m 1cm—几千-几万条缝 1 衍射光栅 周期性的空间结构 b b’ x f 0 屏 ? b’ b + ? ? 衍射角 (b+b’) sin?——相邻两缝对应光线的光程差 明条纹位置满足： 光栅方程/光栅公式 (b+b’)sin ? =k? k=0,±1, ±2, ±3 · · · 2 光栅方程 相邻主明纹之间的距离 主明纹间距近似与波长成正比，与光栅常数成反比 若衍射角很小 条纹最高级数 入射光为白光时， 不同， 不同，按波长分开形成光谱. 一级光谱 二级光谱 三级光谱 衍射光谱 连续光谱：炽热物体光谱 线状光谱：钠盐、分立明线(原子光谱，跃迁) 带状光谱：由一系列光谱带组成（分子光谱，转动振动能级间的跃迁） 光谱分类 光谱分析 不同元素（或化合物）有特定的光谱， 由谱线的成分，可分析出发光物质所含的元素或 化合物；还可从谱线的强度定量分析出元素的含量． 3 光强分布 1 条 缝 20 条 缝 3 条 缝 5 条 缝 光栅狭缝条数越多，明纹越亮. 亮纹的光强 ：单缝光强） （　：狭缝数， 光栅衍射是单缝衍射和缝间光线多光束干涉效应的叠加。亮纹的位置决定于缝间光线干涉，单缝衍射决定了强度分布 缝数 N = 4 时光栅衍射的光强分布图 k=1 k=2 k=0 k=4 k=-1 k=-2 k=-4 k=3 k=-3 缺级现象 b sin ? =k? k=±1, ±2,· · · 缺级时衍射角同时满足： (b+b’)sin ? =k? k=±1, ±2, · · · 即： k =(b+b’) /b· k k 就是所缺的级次 由于单缝衍射的影响，在应该出现亮纹的地方，不再出现亮纹 缝间光束干 涉极大条件 单缝衍射极小条件 k=1 k=2 k=0 k=4 k=5 k=-1 k=-2 k=-4 k=-5 k=3 k=-3 k=6 缺 级 k=-6 缺级：k= 3,6,9,... 缺级 光栅衍射 第三级极 大值位置 单缝衍射 第一级极 小值位置 光栅：周期性空间结构 人造的：CD， 天然的：晶体，苍蝇复眼，鸟的翎毛……. 声光调制光栅：声波波前 声音开关——衍射光的有无 频率改变——衍射光角度 激光打印机-控制激光束在光敏表面上作画 例 波长为6000?的单色光垂直入射在一光栅上，第二级明纹出现在sin?2=0.2处，第4级为第一个缺级。求(1)光栅常数？(2)狭缝可能的最小宽度是多少？ (3)按上述选定的b、b’值，实际上能观察到的全部明纹数是多少？ 解: (1) 在-900sin?900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 引申：单色平行光倾斜射到光栅 相邻两缝的入射光在入射到光栅前已有光程差(b+b’)sin?0 (b+b’)(sin? ? sin?0 )=k? k=0,±1, ±2, ±3 · · 4 X射线的衍射 1895年伦琴发现X 射线。 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 + X 射线是什么？衍射---劳厄实验 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