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1、光波的衍射diffractionoflightchapter16光波的衍射第十六章本章内容本章内容两种衍射惠更斯-菲涅耳原理单缝夫琅禾费衍射多缝-衍射光栅圆孔衍射光学仪器的分辨率X射线衍射布喇格公式第一节光的衍射现象惠更斯-菲涅耳原理16-1diffractionphenomenonoflightHuygens-Fresnelprinciple引言入射的水波障碍物绕射(衍射)到障碍物后方的水波入射的水波通过缝隙后的水波缝隙引言在机械波一章中我们介绍过惠更斯提出的子波概念,并用惠更斯原理定性解释了水波的衍射现象.缝宽波长的
2、水波衍射现象的水波衍射现象光波不是机械波,但实验证明光也有衍射现象.怎样定量分析光的衍射现象?衍射现象一光的衍射现象、光在传播过程中遇到障碍物会明显地偏离直线而进入几何阴影区的现象.针尖狭缝圆孔圆屏衍射屏(障碍物)入射光波衍射图样观察屏菲涅耳光为什么在障碍物周围产生明暗条纹?光为什么能绕过障碍物而在后面产生亮斑?Fresnel(1788-1827)菲涅耳(法)(1629-1695)惠更斯(荷)Huygens惠更斯的定性子波概念.菲涅耳的定量子波干涉原理.得到研究光的衍射现象的惠更斯-菲涅耳原理:惠-菲原理的子波源.波面前
3、方空间某一点的振动就是波阵面上任一点均可视为能向外发射子波到达该点的所有子波的相干叠加.要求同学们掌握该定理所提出的主要概念衍射现象的实质子波干涉惠更斯-菲涅耳原理、表达式惠更斯-菲涅耳原理惠更斯-菲涅耳原理的数学表达式(了解)原则上可计算任意形状孔径的衍射问题波阵面方向函数,增,慢减.（无后向波）振幅函数,（上各点的振幅）cos上各面元在的合振动在点引起的振动波面上任一子波波源两类衍射菲涅耳衍射光源和(或)观察屏距障碍物不是无限远.夫琅禾费衍射光源及观察屏距障碍物均为无限远.(按光源-障碍物-观察屏相对距离区分)两类衍
4、射、条件实现夫琅禾费衍射条件的实现本课程只讨论夫琅禾费衍射第二节单缝衍射16-2SingleslitFraunhoferdiffraction单缝衍射夫琅禾费单缝衍射基本光路衍射图样光强中央明纹单缝衍射图样的光强分布单缝子波无数个子波波源单缝衍射图样的明暗分布规律,是单缝处的入射波阵面上在不同方向上的光干涉结果.解算方法严格的积分法简易的半波带法我们只介绍最常用的半波带法半波带法引例:若某方向,两端的子波光程差恰为此方向得暗纹.各对子波光程差均为...则上下两半对应的全部产生相消干涉.半波带半波带半波带半波带单缝恰被分成
5、两个半波带(又称菲涅耳半波带)半波带法续上半波带半波带半波带半波带半波带半波带为数时得纹半波带半波带半波带半波带半波带半波带半波带半波带半波带半波带不能被分成整数个半波带的方向非明非暗推论:sin为整数半波带半波带半波带半波带半波带半波带半波带半波带得纹为数时强调暗纹暗纹关键是...为暗纹级数sin一级暗纹方向二级暗纹方向三级暗纹方向(2个半波带)(4个半波带)(6个半波带)单缝公式单缝衍射明纹估算式sin...为明纹级数中央明纹无论明纹或暗纹,其角分布均取决于比值sin...为暗纹级数单缝衍射纹公式例三级暗纹方向若将缝
6、宽遮去一半,在同一方向上得明纹还是暗纹?已知单缝宽度为,在衍射角为的方向得三级暗纹,sin...单缝衍射纹公式(一级明纹)缝宽因素波长一定,缝宽变窄时,同一级衍射花纹的衍射角变大.换言之，入射波面受限越严重，各级花纹的衍射角越大。波长因素550nm650nm450nm相对光强sin缝宽一定,波长越长,则各级衍射角越大,中央明纹越宽.波长中央亮纹宽sin...单缝衍射纹公式tansin中央亮纹宽sin实际很小例sin...单缝衍射纹公式5000nm500已知第一级暗纹的衍射角为30单缝宽度解法提要nm5005001030s
7、in50010sin30101.0刻一条千分之一毫米宽的单缝,要求相当高的工艺水平.例sin...单缝衍射纹公式单缝衍射的第3级暗纹对应个半波带.若将缝宽缩小一半,原来的第3级暗纹变为纹.含个半波带的缝宽缩小一半,剩下3个半波带,对应于1级明纹.偶数个半波带.第1级暗纹对应于2个半波带凡是暗纹,必对应于第2级暗纹对应于4个半波带第3级暗纹对应于6个半波带......中央明纹不需用半波带判断.第1级明纹对应于3个半波带其它明纹,对应于大于1的奇数个半波带.第2级明纹对应于5个半波带第3级明纹对应于7个半波带......1级
8、明例sin...单缝衍射纹公式sinsinsintan100.352.5mm5.54000.35mm550nm40cm例若中央明纹的角宽很小中央亮纹宽例中央亮纹宽若一级暗纹的衍射角很小nm589.3nm442.04.0mmmm4.00.753.0mm3.0例0.6mm单色可见光已知1.4mm400mm可能的级次估算可
