《光栅和光栅衍射》PPT课件

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1、11.7光栅和光栅衍射11.7.1光栅11.7.2光栅衍射11.7.3缺级现象11.7.4晶体对X射线的衍射【演示实验】多缝衍射，光栅，各种气体元素的光谱双缝干涉是用波阵面分割方法获得的双光束干涉。如果相干光束的数目很多，并且各相邻光束之间的相位差都相同（多光束干涉），干涉条纹就会变得又窄又亮，波长极为接近的两种单色光的干涉明纹也能清楚区分提供了一种进行精密的光谱分析的方法双缝干涉明纹较宽，不能把两种波长相近的单色光分开。11.7.1光栅一种具有周期性结构的光学器件，它能等宽、等距地分割入射光的波阵面透射光栅d反射光栅d以透射光栅为例。透光缝宽度为a，缝

2、间不透光部分宽度为b，两缝中心距离叫光栅常数：d=a+b多光束多光束干涉与夫琅禾费单缝衍射的综合结果。光栅衍射是多缝衍射：来自不同缝的相干光的叠加是多光束干涉，而同一条缝的波阵面上各点发出的衍射光的叠加是单缝衍射。H11.7.2光栅衍射因此，多光束干涉主极大对应的应满足：H光栅上各相邻缝发出的衍射角为的平行光，在P点的光程差都等于。一系列又窄又亮的明纹（主极大）：假设各缝光束单独照射时光强均匀分布。各缝光束单独照射时，光强的实际分布。光栅衍射：受单缝衍射调制的多光束干涉。主极大位置，就是多光束干涉主极大的位置。多光束干涉夫琅禾费单缝衍射光栅衍射

3、决定光栅衍射主极大（明纹）的位置光栅方程（多光束干涉主极大位置）：相邻振幅矢量间夹角为，缝数为N的多光束干涉就是这N个振幅矢量合成的结果。为什么会这样？光栅各相邻缝发出的平行光的相位差相等，每个缝对P点振幅的贡献可用一个小的振幅矢量A表示。多光束干涉p点为干涉主极大时：0pdsind设有3个缝，缝发的光在对应衍射角方向的p点的相邻缝发的光在p点的相位差为。每个零级明纹中心：一级明纹中心：零级明纹和一级明纹之间有几个暗纹？3AA光振动的振幅为A，暗纹条件：相邻主极大间有2个暗纹和1个次极大。一般情况：有N1个暗纹和N2个次极大。各振幅矢量构

4、成闭合多边形零级明纹一级明纹sinN=30/d暗纹暗纹次极大不同颜色光的主极大位置也不同，形成同一级光谱。光栅光谱：白光（400nm750nm）光栅光谱是连续谱：0级1级2级-2级-1级(白)3级-3级k一定时，，除k=0外，【演示】各种气体元素的光谱汞的光栅光谱入射光由不同波长的单色光组成形成分立的光栅光谱，据此了解物质的结构和性质。单缝衍射光强为零的位置：光栅衍射主极大（明纹）所缺级次：多光束干涉主极大位置：11.7.3缺级现象k只能取整数如果某一角同时满足这两个方程，则光栅衍射中k级主极大消失缺级现象干涉主极大（明纹）所缺

5、的级次：d/a=3例如：缺级缺级缺级缺级1895年德国物理学家伦琴发现：高速电子撞击固体可产生一种能使胶片感光、空气电离、荧光质发光的中性射线X射线-KAX射线X射线管+K—阴极，A—阳极加速阴极发射的热电子AK间加几万伏高压，～d：用光学光栅观察不到衍射，德国物理学家劳厄发现（1912）：可以在晶体上衍射X射线:102～101nm（101～102Å）11.7.4晶体对X射线的衍射NaCl晶体点阵格点离子内部电子在外电磁场作用下受迫振动格点离子：衍射中心晶体：三维光栅劳厄法德拜法每个原子都是衍射中心，发射相干子波。ddddsin1

6、2晶面ACB晶体衍射的分析：同一层晶面上满足反射定律的反射光最强，相邻两层晶面反射光1、2的光程差：相邻晶面间距d：：掠射角晶格常数只考虑晶面组中各个晶面反射光1、2之间的干涉就可以了晶面组对入射光产生衍射主极大（最强反射）的条件布拉格条件：已知d、可计算已知，可计算dX射线晶体结构分析X射线光谱分析例：脱氧核糖核酸（DNA）的双螺旋结构，就是1953年利用X射线衍射发现的。伦琴获1901年（首届）诺贝尔物理奖；劳厄获1914年诺贝尔物理学奖；布拉格父子（英国物理学家）获19

7、15年诺贝尔物理学奖。【例11.20】已知岩盐晶体的晶格常数d=2.8×1010m，用波长=0.144nm的X射线照射光滑的岩盐晶体表面。求第一级和第二级衍射主极大的位置。解晶体衍射主极大位置，可用对应掠射角表示。根据布拉格条件，第一级和第二级衍射主极大对应的掠射角：