第十一章_光的衍射-(精选·公开·课件).ppt

第十一章 光的衍射 陈 丽 娟 理学院 Tel：Email: ljchen@scut.edu.cn 例： 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm，而在可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，问 （1）人眼的最小分辨角有多大？ （2）若物体放在距人眼25cm（明视距离）处，则两物点间距为多大时才能被分辨？ 解（1） （2） §4 光栅衍射 许多等宽的狭缝等距离地平行排列起来形成的光学元件 光栅：在透光或反光性能上具有周期性空间结构的光学元件。 透射光栅：利用透射光进行衍射 透射光栅 反射光栅：利用反射光进行衍射 反射光栅 一. 光栅衍射光强分布 a--透光部分宽度 b--不透光部分宽度 定义：光栅常数 d=a+b 数量级：10-5--10-6m (即每厘米内刻有1000---10000条刻痕) a b 光栅衍射图样 S L1 E A：光栅 E：屏幕 L1、 L2 透镜 d 中央 明纹 A 条纹特点：亮、细、疏 L2 D 光栅衍射图样是每一条单缝衍射和多缝间衍射光干涉的总效果。 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，根据透镜成像原理衍射图不变 . λ a d f 透镜 θ 衍射图样重合 单缝衍射中央明纹宽度： 光栅的衍射条纹是单缝衍射和多缝干涉的总效果 光栅衍射条纹的形成 1、光栅的多缝干涉 O a P 相邻两缝间 的光程差： 到达P的相位差： 干涉相长 光栅方程 P点光强： P点光振动振幅： 衍射暗区的分析 0 ?/d -(?/d) -2(?/d) 2?/d I I0 sin? 光强曲线 ?/4d -(?/4d) 干涉相消，出现暗纹。 相邻两主极大明纹之间有N-1条暗纹。 相邻两主极大明纹之间有N-2条次级明纹 。 N = 4 C 干涉相消（暗纹） 2、单缝衍射对衍射条纹的影响 缺级现象 ●在某些衍射方 向，同时满足光栅衍射的明纹条件和单缝衍射的暗纹条件，则该方向上的明纹将不会出现，称 这 种 现 象为“缺级”。 由光栅方程： 缺级公式 屏上可观察的级次: I I I 1 2 4 5 -1 -2 -4 -5 光栅衍射图样： 如果只有衍射： 如果只有干涉： 干涉、衍射均有之： 缺 级 缺 级 -1 -2 1 2 -2 2 * * 本章教学要求： 了解惠更斯－菲涅耳原理。理解分析单缝夫琅 和费衍射暗纹分布规律的方法。会分析缝宽及波长 对衍射条纹分布的影响。了解圆孔衍射及分辨率。 理解光栅衍射公式。会确定光栅衍射谱线的位 置。会分析光栅常量及波长对光栅衍射谱线分 布的影响。 本章重点： 单缝夫琅和费衍射。圆孔衍射，光栅衍射。缝宽 （光栅常量）及波长对衍射条纹分布的影响 本章难点： 半波带，单缝夫琅和费衍射暗纹分布规律。光栅衍 射条纹缺级和主极大条纹位置与条纹数。 §1 光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理 2.衍射现象： 波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衍射现象。 1.实验现象： 单缝K a b S 光源 (a) 屏幕E 屏幕E? 单缝K a? S 光源 (b) b? 一. 光的衍射现象 几何阴影区 圆孔衍射 单缝衍射 * * 二. 惠更斯 — 菲涅尔原理 ：波阵面上面元 (子波波源) 菲涅尔指出 衍射图中的强度分布是因为衍射时， 波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定. 点振动是各子波在此产生的振动的叠加 . ： 时刻波阵面 * 三. 菲涅尔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 在实验中实现 夫琅禾费衍射 菲 涅 尔 衍 射 缝 光源、屏与缝相距有限远 §2 单缝衍射 D S L1 L2 A E A：单缝 E：屏幕 L1、 L2 透镜 a 中央 明纹 一. 单缝的夫琅禾费衍射 1.装置 夫 琅 禾 费 单 缝 衍 射 衍射角 （衍射角 ：向上为正，向下为负 .） 缝长 2. 菲涅耳半波带法 1) 当 得到中央明纹（中心） a A B P P0 中央 明纹 2)当 a A B C P0 P1 一个半波带上的子波在P1点产生的光强不能 抵消，但不是完全同相，故比P0点光强弱。 C D a A B 半波带 半波带 E 缝长 4)当 时，可将缝分成三个“半波带” P处近似为明纹中心 强度没有中央明纹亮 a λ/2 θ B A 三个波带中有两个波带的子波在P点产生的 光强全部抵消，余下一个波带的子波在P点 产生光强，出现第一级明纹。 干涉相消（暗纹） 干涉加强（明纹） （介于明暗之间） 个半波带 个