大学物理-光的衍射ppt

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1、波动光学-----光的衍射衍射屏观察屏aL*Sll³10-3a§14.1光的衍射现象和惠更斯-菲涅耳原理光在传播路径中遇到障碍物时,能绕过障碍物边缘而进入几何阴影传播,并且产生强弱不均的光强分布，这种现象称为光的衍射。一.光的衍射现象L衍射屏观察屏L¢*SldspS(波前)·dE(p)二.惠更斯-菲涅耳原理惠更斯原理：媒质中波所传到的各点都可看作是发射子波的波源,其后任一时刻,这些子波的包迹就决定新的波阵面。菲涅耳指出:波阵面上各点发出的子波在空间相遇时会产生干涉。“子波相干叠加”—这就是惠更斯-菲涅耳原理。d

2、S子波源发出的子波在P点引起的振动为：数学表达：ds,＞９００时K()=0,即无倒退的子波。P点的合成光强：I=E2----菲涅耳衍射积分P点的合振动：衍射的分类光源障碍物观察屏有限远无限远有限远无限远有限远有限远菲涅耳衍射：无限远无限远夫琅和费衍射：观察屏*S§14.2单缝的夫琅和费衍射fopAaB*S1、装置和现象图样是一组与狭缝平行的明暗相间的条纹，其中中央条纹最亮最宽。越往两侧，条纹越暗。2、菲涅耳半波带法ABa222C••••••可分成的半波带数目取决于BC单缝衍射明暗纹的中心位置是:暗

3、纹(k=1,2,3,…)亮纹(k=1,2,3,…)零级(中央)亮纹直线条纹波带数注意：1.k=1...2.明暗…3....4.波带数fopAaB*SC3、单缝衍射条纹特点（1）条纹宽度设焦距f、缝宽a和波长，缝屏间距---f，衍射角中央明纹的宽度角宽度----条纹对透镜中心的张角20。半角宽度----0。线宽度：暗纹条件：角宽度：a对K级暗纹有可见中央明纹约为其他各级明纹宽度的两倍。（近似值）其他各级明纹的宽度:角宽度线宽度a-----各级亮纹强度分布是不均匀的以中央明纹的强度为1，则第一级明纹为4.5

4、%第二级明纹为1.6%第三级明纹为0.83%(2)光强分布光直线传播增大，减小减小，增大衍射最大第一暗纹的衍射角（3）讨论影响衍射图样的a和一定一定，越大，越大，衍射效应越明显.白光入射，中央明纹－－白色，其他各级－－由紫至红，一般第2、3级即开始重叠。单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？越大，越大，衍射效应越明显.入射波长变化，衍射效应如何变化?例:平行单色光垂直入射在缝宽a=0.15mm的单缝上,缝后透镜焦距f=400mm。在焦平面上的屏幕上测得中央明纹两侧的两条第三级暗纹间的距离是d=8mm,求:(1)入射

5、光的波长;(2)中央明纹的线宽度;(3)第二级暗纹到透镜焦点的距离。解:(1)第三级暗纹位置：asin=3很小sinopfx=5000Å第二级暗纹到焦点的距离:=2.67mm(2)中央明纹的线宽度:a=0.15mm,f=400mm,=5000Å=2.67mm(3)第二级暗纹到透镜焦点的距离。第二级暗纹位置：asin=2很小sinopfx例:一单缝缝宽a=0.6mm，缝后凸透镜的焦距f=40cm。单色平行光垂直照射时，距中心o点x=1.４mm的P点处恰为一明纹中心,求入射光的波长及对应P点单

6、缝被划分为几个半波带。解:由单缝衍射明纹公式在可见光波波长范围，取k=3，=6000Å,相应单缝被划分为7个半波带；k=4，=4667Å,相应单缝被划分为9个半波带。opfx§14.3光栅衍射大量等宽、等间距的平行狭缝的集合—光栅a—透光缝宽度b—不透光部分宽度d=(a+b)—光栅常数一.光栅pfoEba光栅分为:透射光栅反射光栅二.透射光栅-----主极大(亮纹)光栅的衍射条纹是单缝衍射和多缝干涉的总效果相邻两缝间的光程差：pfoEd1.光栅方程光栅中狭缝条数越多，明纹越细.(a)1条缝(f)20条

7、缝(e)6条缝(c)3条缝(b)2条缝(d)5条缝∵主极大处是各衍射光束同相加强，∴合振幅是每一个单缝发光振幅的N倍，即，进一步的理论证明：在两主极大之间有（N-1）个干涉极小，因此缝数N越多，两亮纹间的次极小越多，而主极大的的中心位置不变，因此亮纹更加细窄,明亮。主极大位置与缝数N无关（，d一定）光栅方程即叠加后的明纹亮度为原来每缝光强的Ｎ２倍。0-2-112单缝衍射光强曲线IN2I0单048-4-8sin(/d)单缝衍射轮廓线光栅衍射光强曲线N2I/I004-8-48(/d)多缝干涉光强曲线N=4,d=

8、4aI单I0单(/a)sinsindsin=k(光栅)亮纹(k=0,±1,±2,…)asin=k(单缝)暗纹(k=±1,±2,…)则缺的级次为2.缺级现象在同一衍射角中，既满足单缝衍射极小，又满足光栅干涉主极大时，将会出现缺级。例：(1)b=a,d=a+b=2a，则k=2k=±2,4,6,…级缺。(2)b=2a,d=a+b=3a,则k=3k