课程（毕业）论文-光的衍射及其应用

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1、光的衍射及其应用一、光的衍射现象光的衍射是指光在其传播路径上遇到障碍物（如小孔、狭缝、小圆屏、毛发、细针等等物质）而偏离直线传播的现象。当障碍物的大小与光的波长可以比拟时才有衍射现象发生。衍射现象也是波的重要特征之一。能够证明光的波动性的另一类重要现象是光的衍射现象。光波同机械波一样，也能够产生衍射现象。根据机械波的知识可知，衍射现象是否明显，主要决定于障碍物线度和波长大小之间的关系。只有障碍物的线度和波长可比拟时，衍射现象才明显地表现出来。声波的波长可达到几十米，无线电波的波长可达几百米，它们遇到的障碍物的线度通常要小于波长，因

2、而观察到的衍射现象较为明显。光波的波长很小，与我们周围的物体相比，物体的尺寸远大于光的波长，因此人们的直观感觉是光沿直线传播。在几何光学中，把光看成是沿直线传播的“光线”，是在障碍物尺度远大于光波波长时的近似。在光传播的途中，如果遇到线度很小的障碍物，光波的衍射会明显地表现出来。例如把杨氏双缝干涉实验装置中的一条缝遮住，仔细观察，屏幕上仍可观察到明暗分布不均匀的现象。若把一条细金属丝放在光源与屏幕中间，屏上“影”的中央似乎应该是最暗的地方，而实际观察到的却是亮的。多缝干涉合成如图所示为光衍射所形成的图形二、光衍射现象的种类1、小孔

3、衍射当孔半径较大时，光沿直线传播，在屏上得到一个按直线传播计算出来一样大小的亮光圆斑；减小孔的半径，屏上将出现按直线传播计算出来的倒立的光源的像，即小孔成像；继续减小孔的半径，屏上将出现明暗相间的圆形衍射光环。2、狭缝衍射当狭缝很宽时，缝的宽度远远大于光的波长，衍射现象极不明显,光沿直线传播，在屏上产生一条跟缝宽度相当的亮线；但当缝的宽度调到很窄，可以跟光波相比拟时，光通过缝后就明显偏离了直线传播方向，照射到屏上相当宽的地方，并但出现了明暗相间的衍射条纹，纹缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，。但亮度越来越暗。3、光的圆孔衍射当激

4、光照在直径较大的孔C上时，在屏上得到一个圆形亮斑，圆的大小跟按光沿直线传播规律作图得到的一样。当激光照在直径较小的孔d上时，屏上得到一些明暗相间的圆环，这些圆环达到的范围远远超过了光沿直线传播所对应照明的区域，如图6所示。三、光的衍射在现代技术中的应用（一）在现代应用光学分析技术中，科学家根据衍射图样与障碍物的结构间一一对应的关系，利用X射线穿过晶体后发生晶格衍射时，不同的晶体产生不同的衍射图样，仔细分析得到的衍射图样，从而推理得出组成品体的原子是如何排列的。（二）D7A的双螺旋结构的发现过程：弗兰克林这位具有非凡才能的物理化学家

5、，成功地拍摄了不同温度下DNA晶体的X射线衍射照片，如图10所示，把这些各种局部的结构形状汇总。3!10DNA的衍射图片越来越清晰，越来越全面。此时，沃森和克里克也在剑桥大学进行DNA结构的形究，他们看了那张照片后，很快就领悟到了DNA的结构一两条以磷酸为骨架的链相互缠绕形成了双螺旋结构，氢键把它们联结在一起。因此他们获得了诺贝尔奖。