大学物理波动光学光的衍射（ppt模板）.ppt

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1、一、光的衍射现象及其分类光的衍射缝较大时，光是直线传播的缝很小时，衍射现象明显阴影屏幕屏幕光在传播过程中遇到障碍物，能够绕过障碍物的边缘前进，这种偏离直线传播的现象称为光的衍射现象。1.光的衍射现象衍射现象衍射现象针尖狭缝圆孔圆屏衍射屏(障碍物)入射光波衍射图样观察屏2.衍射的分类①菲涅耳衍射②夫琅和费衍射光源和显示屏离障碍物的距离为有限远。光源和显示屏离障碍物的距离为无限远。光源障碍物接收屏光源障碍物接收屏二惠更斯—菲涅尔原理：波阵面上面元(子波波源)惠更斯—菲涅尔指出自点光源发出的波阵面S上每一面元都可视为一新的点光源，由它发出次级波（又称子波）。从同一波阵面上各点(面元）所发出的

2、子波，经传播而在空间某点相遇时，相互叠加，发生干涉。：时刻波阵面*oP点处的光矢量大小取决于波阵面S上所有面元发出的子波在该点的相干叠加，其表达式为为应用惠更斯-菲涅尔原理理论上可以计算各个点处的衍射强度，一般情况下使用上式积分计算极其复杂。处理实际问题时，通常使用菲涅尔半波带法。单缝衍射实验装置三、夫琅和费单缝衍射2λλ2λ22λasin菲涅耳半波带法：作若干垂直于束光、间距为入射光波长一半的平行平面，如图所示，这些平行平面把缝处的波阵面AB分成面积相等的若干个带，称为菲涅耳半波带。衍射角：由于衍射光的方向各异，设某衍射光与透镜的主光轴的夹角为，称该衍射光的衍射角。将衍射光按

3、分组研究：a若AB可分成奇数个半波带,如三个半波带：亮纹两相邻波带上任何两个对应点发出的光在P点的光程差总是/2，相位差总是，它们相互干涉抵消。Bλ2ACaxfP暗纹...C.ABaxfλ2....P.若AB可分成偶数个半波带,如四个半波带：结论：分成偶数个半波带时为暗纹。分成奇数个半波带时为明纹。Bλ2ACaxfP条纹特点：(1)以中央明纹为中心，对称分布的明暗相间的平行直条纹，中央明纹宽度为其它明纹宽度的两倍。(2)中央明纹集中了透过狭缝的绝大部分能量，各级明纹亮度随级数增大而减小。中央明纹讨论：(1)光强分布当角增加时，半波带数目增加，每个半波带的面积减小，所占的能量减

4、少，即光强变小。问题：当角增加时光强的极大值为什么迅速衰减？I中央明纹两侧第一级暗纹之间的区域，称做零级（或中央）明条纹宽度(2)中央明纹宽度I条纹宽度：所测条纹的相邻两条纹位置中心间的距离，定义为该条纹的线宽度；这两条相邻条纹衍射角的差，定义为该条纹的角宽度(张角)。ax1fx(3)其它衍射条纹的线宽度条纹在屏上的位置:暗纹中心明纹中心即其它各级明纹的宽度为中央明纹宽度的一半；各级暗纹也如此；角宽度也有此规律。求k级明纹宽度:条纹在屏幕上的位置与波长成正比，如果用白光做光源，中央为白色明纹，其两侧各级都为彩色明纹。该衍射图样称为衍射光谱。明纹中心例题2sinsin433650(n

5、m)光的第一级明纹=650nm光的第一级暗纹相互重合单缝白光单缝衍射sin暗纹明纹sin解法提要例1单色光垂直照射宽度为a=2.0×10-4m的单缝，缝后放置一焦距为f=0.40m的透镜，如果测得光屏上第三级明纹的位置x=4.2×10-3m，求波长。解：双重因素每条单缝都产生同样的单缝衍射图样缝与缝之间的子波干涉产生干涉条纹,各条纹的强度受单缝衍射条纹强度调制缝数增多,缝间干涉明纹变细.缝数很多,缝间干涉形成一系列很细的干涉明纹,各明纹的极值受单缝衍射因素的调制.四光栅衍射2.光栅分两类：用于透射光衍射的透射光栅;用于反射光衍射的反射光栅。在一平面玻璃上等间距刻上等宽的刻痕,制成的光栅

6、叫平面光栅。（一）光栅光栅常数1.定义：平行排列在一起的许多等间距、等宽度的狭缝组成的光学元件叫光栅。光栅透明不透明通常为数量级光柵常数:若干平行的狭缝所分割的波阵面具有相同的面积。各狭缝上的子波波源一一对应，且满足相干条件。相邻狭缝对应点在衍射角方向上的光程差满足：(a+b)sin=±kk=0,1,2,3···则它们相干加强，形成明条纹。狭缝越多，条纹就越明亮。上式称为光栅方程。（二）光栅衍射分析abxf0屏ab+()absin+相邻两缝光线的光程差多缝干涉明条纹也称为主极大明纹。1光栅衍射条纹是以中央明纹为中心，两侧对称分布的直条纹。2光栅明纹亮度高，当N很大时，明条纹

7、之间为一暗区讨论：多缝干涉明条纹也称为主极大明纹。1光栅衍射条纹是以中央明纹为中心，两侧对称分布的直条纹。2光栅明纹亮度高，当N很大时，明条纹之间为一暗区讨论：（1）若（N个矢量同方向）（2）若（N个矢量构成一闭合图形）主极大极小即在两个主极大之间有N-1个极小（3）在N-1个极小之间必有有N-2个次级大N(a+b)sin=±k′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。缺级条件如缺级缺