第十一章 光学(光的衍射).ppt

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1、§11-6光的衍射（diffractionoflight）一、光的衍射现象（绕射）菲涅耳斑（泊松亮点、阿喇戈斑）二、惠更斯-菲涅耳原理惠更斯原理：（1690年）2.惠更斯原理的优缺点：缺点：①解释不了光强明暗分布！即不能定量的给出衍射波在空间各点波的强度；②不能解释为什么不向后传播。优点：能定性的解释波的衍射3.惠更斯-菲涅耳原理：（1818年）从同一波阵面上各点发出的子波是相干波。各子波在空间某点的相干叠加，就决定了该点波的强度。·pdE(p)rQdSS(波前)设初相为零n·K()：K()称为方向因子。=0，K=Kmax=1K()90o，

2、K=0三、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射光源障碍物观察屏SPDLB*1.菲涅耳（Fresnel）衍射—近场衍射2.夫琅禾费（Fraunhofer）衍射—远场衍射L和D中至少有一个是有限值。L和D皆为无限大（实验中可用透镜实现）。§11–7单缝衍射（夫琅禾费衍射）一、实验光路图（缝宽）S：单色线光源：衍射角A→P和B→P的光程差为p·δSffb透镜L透镜LA缝平面观察屏0B*C二、半波带法1.——中央明纹（中心）2.当时，1′2ABbθ半波带半波带12′两个“半波带”发的光在p处干涉相消形成暗纹/2可将缝分为两个“半波带”相消相消3.当时，可将缝分成三个“半

3、波带”——p处形成明纹（中心）/2θbAB其中两相邻半波带的衍射光相消，余下一个半波带的衍射光不被抵消b/2ABθ4.当时，可将缝分成四个“半波带”两相邻半波带的衍射光相消，——p处形成暗纹。暗纹明纹中央明纹（中心）综合：2k个半波带2k+1个半波带注意1.k的取值范围（1）不能取0（2）不能取无穷大，2.注意与杨氏双缝干涉条件的区别三、暗纹位置与条纹宽度1.暗纹位置I0x1x2衍射屏透镜观测屏f1——中央明纹宽度是其它明纹宽度的两倍，其它明纹等宽。2.中央明纹（主极大）宽度角宽度线宽度3.其他明纹（次极大）宽度单缝衍射明纹宽度的特征第k级明纹的宽度I0x

4、1x2f1四、条纹移动（动态变化）1.波长对条纹间隔的影响波长越长，条纹间隔越宽，衍射越明显。白光入射时，看到的条纹分布如何？2.缝宽变化对条纹的影响缝宽越小，条纹间隔越宽。衍射反比律当b>>时，只显示单一的明条纹几何光学是波动光学在b>>时的极限情形。3.单缝上下移动，对条纹的影响单缝上移，零级明纹仍在透镜光轴上.根据透镜成像原理衍射图不变。4.入射光非垂直入射时,对条纹的影响（中央明纹向下移动）五、光强分布1.定性分析①θ越大，则缝分的半波带越多，每个半波带包含的子波数就越少，剩余的子波数就越少。②θ越大，子波的振幅就越小。中央明条纹最亮，光强最大。2

5、.定量分析（旋转矢量法求光强）xxsinfpx缝宽bBAC0相邻窄波带到P点的光程差对应的相位差：各窄波带发的子波在P点振幅近似相等，设为EiE1=E2=E3=…=Ei=…=EN=EE1E2E3ENERo´0xBCP点处是多个同方向、同频率、同振幅、初相依次差一个恒量的简谐振动的合成，合成的结果仍为简谐振动。对于中心点：E0=NE=0，=0，对于其他点p：≠0由旋转矢量法可得：当N时很小令：平方πbsinq2NjalD==讨论1）主极大（中央明纹中心）位置2）极小（暗纹）位置由这与半波带法得出的结果是一致的。得：

6、3）次极大位置：满足解得：相应：02--2yy1=tany2=-2.46·-1.43·+1.43··+2.460·得到从中央往外各明纹对应的光强依次为：0.0472I0，0.0165I0，0.0083I0…I次极大<

7、这两个像刚刚能够被分辨。瑞利判据:最小分辨角:分辨本领:应用：不可选择，望远镜：显微镜：D不会很大，电子显微镜的分辨本领比光学显微镜的高的多电子l：（10-210-1nm）例题：汽车二前灯相距1.2m，设=600nm人眼瞳孔直径为5mm。问：对迎面而来的汽车，离多远能分辨出两盏亮灯？解：人眼的最小可分辨角§11-9衍射光栅（gratingdiffraction）一、光栅（grating）光栅是由大量的等宽、等间距的平行狭缝（或反射面）构成的光学元件。从广义上理解，任何具有空间周期性的衍射屏都可叫作光栅。光通过光栅衍射可以产生明亮尖锐的亮纹，复色光入射可产生

8、光谱，用以进行光谱分析。