大学物理课件5光的衍射

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1、一、衍射现象(diffractionoflight)*S衍射屏观察屏a衍射屏观察屏LLS光在传播过程中能绕过障碍物的边缘，偏离直线传播的现象叫光的衍射。15.1光的衍射现象惠—菲原理二、惠—菲原理（Huygens-Fresnelprinciple)波面上每一个面元发出的子波，在空间相遇时，可以相互迭加产生干涉。且与衍射角有关考察Q点面元dS在P点产生振动dEp，注意到表达式：PrSdSQ开孔波面如图在垂直入射时：三、两类衍射菲涅耳衍射：球面光波夫琅和费衍射：平行光波屏上图形孔的投影菲涅耳衍射夫琅禾费衍射圆孔的衍射图样：一、衍射装置SoPL1L2aDfj1.定性分析二、

2、衍射条纹的形成15.2单缝衍射oLafP无光程差，中央为明条纹。当衍射角为零(φ=0)时，会聚于o点。当衍射角为φ时，会聚于P点。oLaABCjPA、B两者间光程差为:以l/2为间距，作一组平行于AC的波面，把面分成n个相等的窄条，每个窄条称为一个半波带。而任意相邻半波带上对应点发出的光波到P点的光程差为l/2,或相位差是π。可见：（1）BC是半波长奇（偶）数倍，波阵面被分为奇（偶）数个半波带，P点是明（暗）纹。（2）BC是半波长非整数倍，P点是半明（暗）纹。oLABCPA1A2A3a14322.明暗纹的条件当AB被分成偶数个半波带，即n=2k时，形成暗纹当AB被分成奇数个半波

3、带，即n=2k＋1时，形成明纹三、衍射特点（1）在中央明纹两侧对称分布平行于狭缝明暗相间的直条纹。（2）中央明纹最亮，其它明纹随的增加而显著减弱。半波带面积越小，光强越小ABCABC（3）条纹宽度暗条纹到中心的距离为：中央明纹宽度：其它明纹宽度：xkl0x1l（4）白光衍射白光照射时，中央为白色条纹，两侧对称排列形成彩色条纹。一、衍射光栅几十～几千条／mm缝宽为a，间距为b。d=a+b为结构参数，称为光栅常数。由大量等宽等间距的平行狭缝组成的光学元件。分类：透射光栅反射光栅反射光栅15.3光栅衍射(gratingdiffraction)透射光栅2.衍射成因狭缝本身的衍射与缝间

4、的干涉的总效果。单缝衍射和多缝衍射干涉的对比（d=10a）19个明条纹缺级缺级二、光栅的夫琅禾费衍射1.基本思想一是多光束干涉,p点的光强决定于各束光的光程差。二是各单缝的衍射,不同时由各缝发出的光强也不同。在不同角度是不同强度光进行多光束干涉现在先不考虑衍射对光强的影响，2.多光束干涉(multiple-beaminterference)单单来分析多光束的干涉。0p焦距f缝平面G观察屏透镜Lφdsindφk=0,1,2,…—正入射光栅方程明纹（主极大）条件：设有N个缝，相位差:的光在对应方向的p点光振动的振幅为Ep，相邻缝发的光在p点每个缝发2sinplqj=Dd

5、NEpEp0p焦距f缝平面G观察屏透镜Lφdsindφ由(1),(2)得相邻主极大间有N－1个暗纹和N－2个次极大。各振幅矢量构成闭合多边形，Ep多边形外角和：由(3)和暗纹(极小)条件：/21、2、3，12344112343/20/d-(/d)-2(/d)2/dII0sinN=4光强曲线/4d-(/4d)N大时光强例如N=4，在0级和1级亮纹之间k可取即有三个极小：使条纹亮而窄。向主极大集中，3.单缝衍射影响(1)各干涉主极大受到单缝衍射的调制。为整数比时，会出现缺级。例如：d=4a，±4，±8，…缺级。I单sin0I0单-2-1

6、12(/a)IN2I0单sin048-4-8(/d)单缝衍射轮廓线光栅衍射光强曲线N=4d=4asinφN2I多04-8-48(/d)多光束干涉光强曲线sinφ0I单I0单-2-112(/a)单缝衍射光强曲线IN2I0单048-4-8sinφ(/d)单缝衍射轮廓线光栅衍射光强曲线4.光栅衍射10亮度高、间距宽、条纹窄20(a+b)一定时,l不同条纹位置不同屏幕上出现最高级次是：对于白光入射，出现光谱带，在较大级次处出现交叠。第1级光谱第2级光谱第3级光谱白光30光线斜入射时情况—斜入射的光栅方程λdsinφ光栅观察屏Lopfφidsinii和的符号规定:n>0i

7、<0入射光衍射光(法线)光栅（+）（-）斜入射可以获得更高级次的条纹（分辨率高）。一、伦琴射线(X-rays)1895年伦琴发现。1901年获得诺贝尔奖。二、劳厄实验(Laueexperiment)实验装置证实了x射线的波动性1912年进行实验，1914年获诺贝尔奖。15.4伦琴射线衍射布拉格公式x射线管X射线准直缝晶体····劳厄斑SiO2的劳厄相三、布拉格公式(Braggformula)衍射中心：:掠射角d:晶格常数每个原子都是散射子波的波源。NaCld=0.28nm1.晶体结构2.布拉