大学物理 第十四章 光学.ppt

⑤次极大的角宽度： 为主极大的半角宽度。 讨论：衍射光线与直线传播光线的区别？ 例1、⑴在夫琅禾费单缝衍射试验中，用单色光垂直于缝面照射，已知入射光的波长为5000埃，第一级暗纹的衍射角为30°；求：缝宽。 ⑵如果所用单缝的缝宽为0.5mm，在焦距为1m的透镜的焦平面上观察衍射条纹；试求：中央明纹及第一明纹的宽度。 二、圆孔的夫琅禾费衍射 装置：以圆孔代替单缝 第一级暗纹 艾里斑半径： 要减小衍射光的弥散程度，尽可能增大孔径。 例1、在圆孔夫琅禾费衍射中，用500nm的单色平行光照射半径为0.1mm的圆孔，若透镜的焦距为0.5m；试求：接收屏上艾里斑的半径。 若在其它条件不变的情况下，只将圆孔的半径变为1.0mm，艾里斑的半径变为多少？两次艾里斑的光强之比为多少？ §14-10 衍射光栅 一、光栅 由大量等宽度、等间距的平行狭缝组成的光学系统，称为衍射光栅。 b a 光栅中，透光缝宽a，不透光缝宽b。相邻两缝之间的距离d 称为光栅常量, d =a+b，d约为10?6 m。 二、光栅的夫琅禾费衍射 P O φ C G 单缝衍射 缝间干涉 光栅衍射条纹是单缝衍射和缝间干涉的共同结果。 1、单缝衍射 设光栅有N条狭缝，一个狭缝单独存在时，有： α I 单缝衍射 2、缝间干涉 β I 多缝干涉 任意两相邻狭缝上对应点的衍射线到达点P的光程差?和相位差?分别为 ： 和 ｝ ｝ ｝ 作矢量图如图，由图中几何关系得： DD1 = 2DC sin? DDN = 2DC sinN? 消去DC，得 所以，P点合振动振幅为 点P的光强则为： 其中 3、光强分布图： I 光栅衍射 ⑴屏上任意一点的光强等于干涉光强和单缝衍射光强的乘积。 单缝衍射因子 缝间干涉因子 (2)主极大的衍射角?应满足 上式称为光栅方程。 ⑶因单缝衍射的调制，各个主极大的光强不尽相同。但主极大方向上有 ,所以主极大的光强是单缝在该方向光强的N 2倍。缝宽度一定，光栅狭缝越多，主极大的光强就越强。 (4) 单缝衍射规律的调制，使有些主极大从接收屏上消失了，即发生了缺级现象。 缺极 ?满足光栅方程 缺极 单缝衍射极小 缺级： ⑸若用白光照射：中央亮纹为白光，两侧分别为第一，二…级光谱。 例1、证明：当光栅的 时，所有的偶级明纹均不出现。 例2、一波长为6000埃的光垂直照射光栅，观察中发现第二，三条明纹，第四条缺失；第二，三条明纹出现在 处； 试求： （1）光栅常数； （2）缝宽； （3）举出实际出现的全部级数。 例3、用波长为589.3 nm的平行钠黄光垂直照射光栅，已知光栅上每毫米中有500条刻痕，且刻痕的宽度与其间距相等。试问最多能观察到几条亮条纹？并求第一级谱线和第三级谱线的衍射角。 * 第十四章 光 学 一、光的电磁理论 1、光在真空中的传播速度： 2、光具有波动特征：干涉、衍射、偏振 3、光的波粒二象性 长波（无线电波） 主要表现为波动性 短波（ 射线） 主要表现为粒子性 光矢量 紫外： 可见光： 红外： 可见光的平均波长： 单位：埃 §14-5 光波及其相干条件 一、光波 1、光源：冷热光源 2、发光机制： 3、光的单色性：单一波长的光 4、波的独立性、叠加性和相干性 光是能量的传播 (1)波的独立性：相互独立的光束在交汇的时候互不影响。 光强，光的平均能流密度。 （2）波的叠加：相遇时光矢量的振动等于每束光在此引起的振动的叠加。 相互独立 不相干叠加 不相互独立 相干叠加 讨论： 干涉项 不相干 相干 （3）光的干涉：光波的叠加而引起光强重新分布的现象。 ① 所以两振动要有相同的振动方向 ② ⅰ 同频率 ⅱ 随机 不相干 固定 相干 有固定的相位差 ⅲ 相干条件: （1）两列光波有相同的振动方向； （2）两列光波频率相等； （3）有固定的相位差。 补充条件： （1）相遇处振幅不能相差太大； （2）相遇处相位相差不能太大。 （4）光程：将光在介质中走过的路程折算到真空中。 真空： 介质： n：介质的折射率 l：光程 x:几何路程 例： S1 S2 P r1 r2 x r1=光程 四、相干光的获得 将同一列光波分解 分波前法：杨氏双缝干涉 分振幅法：薄膜干涉、迈克尔逊干涉仪 分振动面法：晶体的双折射性质 §14-6 分波前干涉 一、杨氏实验 1、装置：双缝 缝间距 ∵来自同一束光∴有相同的振动方向； 两束光满足相干条件，且相位差 只决定于光程差 2、实验现象：干涉条纹 单色光：明暗相间的条纹，条纹间距相等。 白光：中心为白色条纹，两侧为彩色条纹；条纹间距