[理化生]第12章 光的衍射.ppt

第12章 光的衍射 §12-1 光的衍射现象 §12-2 惠更斯—菲涅耳原理 §12-3 菲涅耳半波带 §12-6 夫琅和费单缝衍射 例题12-1 §12-7 夫琅和费园孔衍射 §12-8 平面衍射光栅 §12-9 晶体对 X 射线的衍射 本章小结 3、斜入射的光栅方程 谱线角宽度：该谱线左、右两侧附加第一最小值所对应的衍射角之差。 谱线半角宽度：该谱线中心点到一侧附加第一最小值所对应的衍射角之差。 七、谱线半角宽度 讨论： 3、若入射光单色性好，则整个光栅光谱是一组明锐的细线。 光强分布图和衍射花样如下图为： P0 0 -π 3π 2π π 1 0.0472 0.0165 0.0083 四、衍射花样特点 P0 1、亮条纹、暗条纹沿垂直于缝长方向对称分布，其位置由： 决定，在居间位置，光强介于最大值和最小值之间。对线光源，整个花样为平行于缝、并以中央条纹为中心、对称展开的明暗相间的直线状条纹。 2、各级亮条纹（最大值）光强不等。中央亮条纹强度最强；其余亮 条纹（次最大）光强远小于中央条纹，并随级数的增大而很快减小。 3、条纹宽度—角宽度 P P0 L2 亮条纹宽度—相邻暗条纹间的间隔。 P P0 L2 4、暗条纹间是等间距的。 5、次最大值间（次亮条纹中点间距）是不等间距的，不过随级次的增大现时逐渐趋于等间距。 6、若以白光入射，除中央条纹仍为白色外，其它各级亮条纹均为彩色；随衍射级次的增大，可能发生重叠。 P0 7、 8、 9、衍射花样与缝在垂直于透镜 L的光轴方向上的位置无关。 ∵ 衍射角相同的光线，会聚在接收屏的相同位置上。 ∴ 单缝的夫琅和费衍射花样，不随缝的上下移动而变化。 P0 b ? L P0 b ? L 缝平移 P0 y 一、实验装置 如图示： 二、衍射花样 1、花样形状： 明暗相间的同心园环且中心为很亮的亮斑。 接收屏 障碍物 光源 半径R θ P 2、光强公式： 3、花样特点 D：光强分布图： 1.116 0.610 1.619 1 0.0175 0.0042 0.0016 E：爱里斑： 第一级暗环所包围的部分为中央亮斑，称为爱里斑，其上光强点总入射光强的84%。 三、应用 星点法检测透镜质量。 爱里斑 一、衍射光栅 1、定义：任何具有空间周期性，且能等宽、等间距地分 割波阵面的衍射屏。 如：在不透明的光屏上开出平行、等宽、等间距的多条缝。 2、分类： 主要研究透射式平面衍射光栅。 2、分类： 在透明的屏上刻有大量相互平行而又等宽、等间距的刻痕，其刻痕是不透光部分。 用单色激光的双光束干涉图样刻划的多狭缝组成的光栅 在光洁度很高的金属屏上刻有大量相互平行而又等宽、等间距的刻痕，其未刻部分的反射光形成衍射。 在球面反射镜上沿弦刻划出间距、等宽的许多平行直刻痕。 主要研究透射式平面衍射光栅。 二、实验装置 d=a+b称为光栅常数，其数量级约10-6 米 A a b ? P P0 ? f2’ L1 L2 S S为垂直纸面的缝光源，A为平面衍射光栅。透光部分宽为a，不透光部分宽为b。总缝数为N。 三、表观现象及定性解释 1、现象 A、与单缝衍射相比，出现了一系列新的最大值和最小值；其中，强度较大的亮线称为主最大，较小的称为次最大。 B、主最大位置与N无关，但宽度随N的增大而变窄，强度正比于N2； C、相邻主最大间有（N-1）个最小值、（N-2）个次最大； D、强度分布中保留了单缝衍射的因子。即：光强分布曲线的包迹（外部轮廓）与单缝衍射的光强分布曲线相同。 E、若以复色光入射，每种波长将形成一组条纹，产生自己的明亮条纹。这种条纹通常称为光谱线。 2、定性解释 A、∵单缝的夫琅和费衍射花样，不随缝的上下移动而变化，∴若在缝平面上再开一些相互平行且等宽的狭缝面构成平面衍射光栅，则它们将给出与原单缝完全相同的花样并相互重叠，各最大值将在原位置上得到加强，故强度增大。 B、由于多缝的存在且缝间距相同（即：任意相邻缝对应点在屏上同一点叠加时，具有相同的位相差），缝间光束将发生相干叠加，形成等振幅多光束干涉。故将出现（N-2）个次最大和（N-1）个最小值。 C、由于光栅由多个单缝构成，故花样中保留了单缝衍射的因素。 三、光强分布 1、光强公式： 方法---将单缝衍射的求解方法遍及所有N个 狭缝，再求和。 P点振幅： P点光强： d a b θ θ θ 如右图示：相邻两缝上任一对应点到观察点P的 2、讨论： ① ② 为多缝干涉光强分布函数，来源于多缝隙干涉，决定各个主最大的位置。称为缝间干涉因子。 ③ 光栅衍射的光强是单缝衍射因子和缝间干涉因子的乘积。 光栅衍射过程是由单缝衍射过程和多缝干涉过程组成的。故也称为