[理学]光的衍射2012.ppt

§13-1 光的衍射 惠更斯-菲涅耳原理 §13-1 光的衍射 惠更斯-菲涅耳原理 §13-2 单缝夫琅禾费衍射 §13-3 衍射光栅 §13-4 圆孔衍射 光学仪器的分辨率 第十三章 光的衍射 Diffraction of Light Diffraction of Light Huygens - Fresnel Principle 一 光的衍射现象 光在传播过程中若遇到尺寸比光的波长大得不多的障碍物时，光会传到障碍物的阴影区并形成明暗变化的光强分布的现象 二 惠更斯-菲涅耳原理 ：波阵面上面元 (子波波源) 子波在 点引起的振动振幅 并与 有关 . ： 时刻波阵面 * e 菲涅耳指出 波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定. 三 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 夫 琅 禾 费 衍 射 光源、屏与缝相距无限远 缝 菲 涅 耳 衍 射 缝 光源、屏与缝相距有限远 在实验中实现 夫琅禾费衍射 夫 琅 禾 费 单 缝 衍 射 （衍射角 ：向上为正，向下为负） 菲涅耳波带法 衍射角 §13-2 单缝夫琅禾费衍射 Fraunhofer Diffraction by single slit 一 半波带法 缝长 干涉相消(暗纹) 干涉加强(明纹) 个半波带 个半波带 中央明纹中心 （ 个半波带） 二 光强分布 干涉相消（暗纹） 干涉加强（明纹） 当 较小时， 暗纹 明纹 讨 论 (1)第一暗纹距中心的距离 第一暗纹的衍射角 一定， 越大， 越大，衍射效应越明显. 光直线传播 增大， 减小 一定 减小， 增大 衍射最大 第一暗纹的衍射角 角范围 线范围 中央明纹的宽度 (2)中央明纹 （ 的两暗纹间） 大 入射波长越大， 越 ,衍射效应越 大 明显 单缝宽度b 越小，中央明纹宽度越 (3)条纹宽度（相邻条纹间距） 除了中央明纹外其它明纹的宽度 干涉相消（暗纹） 干涉加强（明纹） (4)单缝衍射的动态变化 单缝上移，零级明纹仍在透镜光轴上. 单缝上下移动，条纹不变 . 透镜上下移动，条纹上下移动 . (5)入射光非垂直入射时光程差的计算 （中央明纹向下移动） （中央明纹向上移动） 例1 一束波长为? =5000? 的平行光垂直照射在一单缝上. b=0.5mm，f=1m , 若在屏幕上离中央亮纹中心为 x=3.5mm 处的 P 点为一亮纹. (b) 当k =3时， 狭缝处波阵面可分成7个半波带. 求 (1) 该P处亮纹的级数. (2) 从P 处看，狭缝处的波阵面可分割成几个半波带？ 亮纹 解 例2 一束波长为? =5000? 的平行光垂直照射在一个单缝上. 若缝宽 b =0.5mm，f=1m. 求 (1)中央明条纹的角宽度；(2) 中央亮纹的线宽度；(3) 第一级与第二级暗纹的距离. (1) (2) (3) 暗纹衍射角： 解 例3 宽为b 的狭缝被白光照射, 若红光(l=6500?)的一级暗纹落在 f =30o的位置上，求b.若同时有l，的光的一级明纹落在此处，求l’ 则 暗纹： 解 紫光 P Q R 练习 波长为 的单色平行光垂直照射单缝, 若由单缝边缘发出的光波到达屏上P、Q、R三点的光程差分别为2 、2.5 、3.5 ,比较P、Q、 R三点的亮度. 解 (第二级暗纹) （第二级明纹） （第三级明纹） 一 光栅 等宽度、等距离的狭缝排列起来的光学元件. 衍射角 §13-3 衍射光栅 Diffraction Grating 二 光栅衍射条纹的形成 光栅常数： 光栅常数 衍射角 b ：透光部分的宽度 b’ ：不透光部分的宽度 明纹位置 相邻两缝间的光程差： 光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果 光强分布 条纹最高级数 狭缝条数越多,明纹间隔越大,明纹越亮. (a)1条缝 (f)20条缝 (e)6条缝 (c)3条缝 (b)2条缝 (d)5条缝 一定， 减少， 增大． 一定， 增大， 增大． 　光栅常数越小, 明纹越窄, 明纹间相隔越远. 入射光波长越大，明纹间相隔越远. 入射光为白光时，形成彩色光谱. 三 衍射光谱 一级光谱 二级光谱 三级光谱 例如　二级光谱重叠部分光谱范围 二级光谱重叠部分： 连续光谱：炽热物体光谱 线状光谱：放电管中气体放电 带状光谱：分子光谱 　衍射光谱分类 　光谱分析 　　由于不同元素（或化合物）各有自己特 定的光谱，所以由谱线的成分，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. k 就是所缺的级次