大学物理光的衍射课件.ppt

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1、§9.3光的衍射一、光的衍射衍射屏观察屏光在传播过程中绕过障碍物而偏离直线传播的现象衍射现象是否明显取决于障碍物线度与波长的对比，波长越大，障碍物越小，衍射越明显。光源剃须刀边缘衍射衍射：(远场衍射)夫琅禾费衍射(近场衍射)菲涅耳衍射光的衍射分类无限远光源无限远相遇光源O,观察屏E到衍射屏S的距离为有限远的衍射光源O,观察屏E到衍射屏S的距离均为无穷远的衍射(夫琅禾费衍射)(菲涅耳衍射)惠更斯—菲涅耳原理原理内容：(1)同一波前上的各点发出的都是相干子波。(2)各子波在空间某点的相干叠加，就决定了该点波的强度。将

2、波面S划分成无数的面元ds，每一面元都是子波源。P点的光振动是所有面元光振动的叠加：其中C由光强决定；为倾斜因子数学表达式：二、单缝衍射·*(单缝夫琅禾费衍射典型装置)的光程差(a为缝AB的宽度)菲涅耳根据通过单缝的光波的对称性，提出了半波带理论，用代数加法或矢量图解代替积分，可简单解释衍射现象。中央明纹沿入射方向传播的子波：偏离入射方向传播的子波：此时缝分为两个“半波带”,P为暗纹。暗纹条件半波带半波带λ一

3、2λ一

4、2λ一

5、2λ一

6、2λ

7、2λ

8、2P为明纹。此时缝分成三个“半波带”,明纹条件λ一2λ

9、2λ

10、2λ一

11、

12、2λ一

13、2λ一

14、2λ一

15、2λ一

16、2讨论：(3)单缝衍射和双缝干涉条纹比较为什么明、暗纹条件式中不包含k＝0(1)暗纹条件k=0对应着θ＝0，是中央明纹的中心,不符合该式的含义。(2)明纹条件k=0虽对应于一个半波带形成的亮点，但仍处在中央明纹的范围内，呈现不出单独的明纹。中央明纹是对应于的两条暗纹之间的部分。单缝衍射双缝干涉?暗纹坐标·明纹坐标条纹坐标单缝衍射明纹角宽度和线宽度衍射屏透镜中央明纹角宽度线宽度角宽度相邻两暗纹中心对应的衍射角之差线宽度观察屏上相邻两暗纹中心的间距k级明纹角宽度观测屏线宽度(1)暗纹

17、和中央明纹位置精确,其它明纹位置只是近似条纹说明(5)缝位置变化不影响条纹位置分布波动光学退化到几何光学。观察屏上不出现暗纹。(3)(4)(2)波长越长，缝宽越小,条纹宽度越宽(单缝夫琅禾费衍射典型装置)解例求在夫琅禾费单缝衍射中,已知缝宽1.0×10-4m，透镜焦距一级暗纹坐标为0.5m现用760nm的单色平行光垂直照射(1)中央明纹的宽度(2)第三级明纹距中央明纹的距离中央明纹宽度第三级明纹坐标解例求在夫琅禾费单缝衍射中,波长为的单色光的第3级亮纹与′=630nm的单色光的第2级亮纹重合根据题意有的值。

18、此两级亮纹重合，即求对于暗纹有则如图示，设有一波长为的单色平面波沿着与缝平面的法线成θ角的方向入射到宽为a的单缝AB上。解在狭缝两个边缘处，衍射角为的两光的光程差为例写出各级暗条纹对应的衍射角所满足的条件。光栅反射光栅透射光栅透光宽度不透光宽度光栅常数大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面)构成的光学元件光栅宽度为l，每毫米缝数为m，则总缝数三、光栅衍射只考虑单缝衍射强度分布双缝光栅强度分布光栅衍射的基本特点屏上的强度为单缝衍射和缝间干涉的共同结果。以二缝光栅为例0-33只考虑双缝干涉强度分布0-11012-1

19、-2（为主极大级数）缝间干涉主极大条件光栅方程缝间干涉主极大就是光栅衍射主极大，其位置满足光栅衍射主极大光栅方程例如缺级缺级缺级条件分析缺级条件多缝干涉主极大光强受单缝衍射光强调制，使得主极大光强大小不同，在单缝衍射光强极小处的主极大缺级。透镜离狭缝距离很近：第k级明纹坐标为：相邻明纹间距为：光栅中狭缝越密集，光栅常数越小，明纹间距越大，明纹就越亮。光栅衍射明纹不同狭缝数的光栅衍射条纹条纹特征：亮度很大，分得很开，本身宽度很窄。衍射光谱若用白光照射光栅，则各种波长的单色光将产生各自的衍射条纹；除中央明纹由各色光混

20、合仍为白光外，其两侧的各级明纹都由紫到红对称排列着。这些彩色光带，叫做衍射光谱。如测量未知合金的成分，可给该合金加高压，让灼热的合金发射出的光照射衍射光栅，得到其特征光谱，进行光谱分析即可得出未知合金的成分。光谱分析由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光谱，所以由谱线的成份，可以分析出发光物质所含的元素或化合物；还可以从谱线的强度定量分析出元素的含量。这种分析方法叫做光谱分析。一波长为632.8nm的单色平行光，照射在每毫米内有600条刻痕的平面透射光栅上,光栅后透镜的焦距f=0.5m明纹坐标明纹间距求例解第2

21、级明纹距光屏中心的距离，以及相邻明纹间的距离光栅常数一束波长为480nm的单色平行光，照射在每毫米内有600条刻痕的平面透射光栅上。求光线垂直入射时，最多能看到第几级光谱？共几条谱线？例解共7条谱线:例解请设计一个平面透射光栅的光栅常数，使得该光栅能将某种光的第一级衍射光谱展开20.0o的角范围。设该光的波长范围为430nm-680nm根据题意，波长的紫光的第一级主明纹与