大学物理课件 光的衍射.ppt

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1、第一章光的衍射菲涅尔本章教学要求：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，单缝夫琅和费衍射明暗纹分布规律。光栅衍射条纹缺级和主极大条纹位置与条纹数。内容§11.1光的衍射现象惠更斯-菲涅尔原理§11.2单缝衍射§11.3圆孔衍射光学仪器分辨率§11.4光栅衍

2、射§11.5晶体的X射线衍射§11.1光的衍射现象惠更斯-菲涅尔原理光的衍射现象光沿直线传播若缝隙的宽度很小以致与光波长相当时，屏上有何图样？衍射——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光将在受限制的方向上扩展透光线度越小，衍射效应越强惠更斯-菲涅尔原理惠更斯原理仅指出波传播的几何规律O空间某点的光强？菲涅尔发展了惠更斯原理：同一波阵面上各次级子波相干叠加给出下一个波阵面上各点的振动情况，因此衍射光强的分布就由这些次级子波在相遇点的相干叠加决定。：波阵面上面元(子波波

3、源)：时刻波阵面*eC：为比例常数；：为倾斜因子P点的振动：衍射现象的分类观察屏衍射屏光源有限远有限远光源衍射屏观察屏菲涅尔衍射泊松亮斑*Sp衍射屏观察屏光源无限远无限远*Sp光栅观察屏光源夫琅禾费衍射§11.2单缝衍射DS装置和现象L1L2GEG：单缝E：屏幕L1、L2透镜a讨论*Sff1a透镜L1透镜L2·pBA缝平面G观察屏E0δ条纹出现的原因与入射方向成θ的所有子波光线聚焦于P点，P点的光强是单缝处各面元上平行光的相干叠加中央明纹aABO中央明纹中心通过狭缝的所有光线没有光程差，故干涉相长aABO中央明纹中心O´若透镜中心

4、与狭缝中心不重合，中央明纹何在？中央明纹在透镜的光轴上单缝上下移动，干涉条纹图样不变。确定明暗纹的位置*Sff1a透镜L1透镜L2·pBA缝平面G观察屏E0平行光线之间的光程差来自衍射角明暗纹位置与衍射角有关菲涅尔半波带法夫琅禾费单缝衍射（衍射角：向上为正，向下为负）衍射角两条边缘光线光程差为CBA用平行于AC面彼此相距的平面分割BC，故AB波阵面也被分割为相距的若干波阵面，这些被分割的面称为半波带a）各半波带面积相等，子波数相同，各波带在P点所产生的光振动振幅近似相等。b）相邻两半波带在P点所产生的光振动完全抵消。（相邻半波带上对应

5、点到P点的光程差为半个波长）P点的明暗取决于半波带的个数分割出偶数个干涉相消，暗分割出奇数个干涉相长，明（个半波带）干涉相消(暗纹)干涉加强(明纹)（介于明暗之间）个半波带个半波带中央明纹中心明纹公式中k≠0，因为k=0处在中央明纹范围内，仅为中央明纹的一部分。单缝衍射的光强分布干涉相消（暗纹）干涉加强（明纹）讨论中央明纹的宽度角宽度为中央明纹线宽度为λΔxI0x1x2衍射屏透镜观测屏Δx0f11级暗纹对应的衍射角λΔxI0x1x2衍射屏透镜观测屏Δx0f1K级明纹宽度白光衍射焦平面DOaP1P1当白光入射时，中央明纹两侧将出现由紫到

6、红的彩色条纹。推论：一级明纹对应衍射角：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影响衍射效应的参量矢量图解法例2、水银灯发出的波长为546nm的绿色平行光，垂直入射于宽0.437mm的单缝，缝后放置一焦距为40cm的透镜，试求在透镜焦面上出现的衍射条纹中央明纹的宽度。解：两个第一级暗纹中心间的距离即为中央明纹宽度，对第一级暗条纹（k=1)求出其衍射角中央明纹的角宽度式中很小透镜焦面上出现中央明纹的宽度中央明纹的宽度与缝宽a成反比，单缝越窄，中央明纹越宽。§11.3圆孔衍射光学仪器分辨率艾

7、里斑：艾里斑直径光学仪器的分辨率许多光学仪器都是一个圆孔（包括眼睛）S1S2两发光点靠近，如何能够区分？像点几何光学：物点波动光学：物点衍射光斑瑞利判据如果一个物点的衍射图样中的中央最亮处，恰好与另一个物点衍射图样中的第一个暗环重合，我们说这两点源恰好被这光学仪器所分辨。**光学仪器的通光孔径称之为最小分辨角,两物点对透镜中心的张角必须大于最小分辨角才可分辨。定义：光学仪器分辨率提高分辨率：增加仪器孔径：如哈勃望远镜降低波长：如电子显微镜（=0.1nm）例3、在通常亮度下，人眼瞳孔直径为3mm，求：1）人眼最小分辨角；2）在黑板上画一等

8、号“=”，两线间的距离为3mm，问距黑板多远的同学会把等号当成减号？解：虹膜（瞳孔）D~3mm视觉感受最灵敏为绿光：大约十四米远以后的同学将把等号当减号.LD§11.4光栅衍射光栅等宽度、等距