第二十章衍射ppt课件.ppt

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1、§20-1光的衍射现象惠更斯-菲涅耳原理1、光的衍射现象光波在传播过程中遇到障碍物（其线度比光的波长大得不多）时，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衍射。在衍射中，不只是光波的绕弯传播，光波场中的能量也将重新分布，产生明暗相间的衍射条纹。2、夫琅和费衍射和菲涅耳衍射1.菲涅耳衍射(Fresneldiffraction)衍射屏离光源或接收屏的距离为有限远时的衍射——近场衍射。2.夫琅和费衍射射(Fraunhoferdiffraction)衍射屏距离光源和接收屏的距离是无限远的衍射——远场衍射。

2、§20-2单缝的夫琅和费衍射1、单缝的夫琅和费衍射装置*Sffa透镜L透镜L·pAB缝平面观察屏0δ(缝宽)S:单色光源:衍射角2、惠更斯——菲涅耳原理(Huygens-Fresnelprinciple)波在传播过程中，从同一波阵面上各点发出的子波，经传播在空间某点相遇时，将产生相干叠加。波阵面S上各点（面元dS）所发出的子波在场点P引起的合振动为：时，可取1，时,其中倾斜因子：▲解决了光不向后传播▲说明了空间光强的重新分布是子波干涉叠加的结果3、菲涅耳波带法(halfwavezone)两条边缘衍射

3、线之间的光程差为：P处条纹的明暗完全取决于光程差BC的量值。菲涅耳将AB波阵面分成许多等面积的波带——半波带.单色平行光垂直照射到缝宽为a的单缝上，衍射角为的一组平行光，经透镜后聚焦于屏上P点。aθ1′2BA半波带半波带12′λ/2两个“半波带”上发的光在P处干涉相消形成暗纹。半波带半波带121′2′③当时,可将缝分成三个“半波带”P处近似为明纹中心aλ/2θBAaλ/2BAθ形成暗纹。④当时,可将缝分成四个“半波带”半波带半波带半波带若单缝处可分为偶数个半波带：暗纹（极小）若单缝处可分为奇数个半波带：明纹（

4、次极大）上述暗纹和中央明纹(中心)位置是准确的，其余明纹中心的位置较上稍有偏离。1）中央明纹最亮，其宽度为其它次极大的两倍；2）次极大光强明显减小，且随k增大而光强减弱3）白光照射，中央明纹仍为白色，两侧对称分布形成衍射光谱。单缝衍射的光强分布曲线如图所示在屏幕上P0点两侧的第一级暗纹之间的区域，即满足的范围，为中央明纹（中央主极大)。波长对衍射条纹的影响条纹在屏幕上的位置与波长成正比，如果用白光做光源，中央为白色明条纹，其两侧各级都为彩色条纹。该衍射图样称为衍射光谱。暗纹（极小）明纹（次极大）1.角宽度指该

5、亮纹两侧的相邻两个暗纹中心对透镜光心所张的角度。第k级亮纹的角宽度为：k=±1的两个暗纹之间的角距离为中央亮纹角宽度：亮纹的角宽度与线宽度2.线宽度中央亮纹的线宽度：第k级次极大条纹的线宽度：通常用中央亮纹的半角宽的大小来描述衍射效应的强弱。一定，a越小，衍射作用越显著；,→0时，光线直线传播，波动光学→几何光学。缝宽1）.衍射现象明显。衍射现象不明显。2）.当缝宽比波长大很多时，形成单一的明条纹，这就是透镜所形成线光源的像。显示了光的直线传播的性质。几何光学是波动光学在时的极限情况。结论3.讨论当或时会出现

6、明显的衍射现象。[例1]：已知单缝宽a=0.5mm，透镜焦距f=50cm，今以白光垂直照射狭缝，在观察屏上x=1.5mm处看到明纹极大，求：（1）入射光的波长及衍射级数；（2）单缝所在处的波阵面被分成的波带数目。[解]：（1）由明纹条件：又，明纹所在处x满足：很小。k=1时，λ1=10000Å；k=2时，λ2=6000Å符合题意；k=3时，λ3=4286Å符合题意；k=4时，λ4=3333Å。（2）可分成的波带数：k=2时，N=（2k+1）=5k=3时，N=7白光波长范围4000—7000Å，满足上式的波长

7、值即为所求：[例2]：在单缝夫琅和费衍射实验中，垂直入射的光有两种波长，λ1=4000Å，λ2=7600Å。已知单缝宽度a=1.0×10-2cm，透镜焦距f=50cm。求两种光第二级衍射明纹中心之间的距离。[解]：由明纹条件：作业大学物理作业下.doc第20章第1、2、7、11复习1、单缝的夫琅和费衍射装置*Sffa透镜L透镜L·pAB缝平面观察屏0δ(缝宽)S:单色光源:衍射角暗纹（极小）明纹（次极大）2、单缝的夫琅和费衍射公式§20-3圆孔的夫琅和费衍射光学仪器的分辩本领一、圆孔的夫琅和费衍射圆

8、孔的夫琅禾费衍射爱里斑应用：星光板针孔滤波圆孔衍射光强分布0I0.6101.6191.116sinφRlRlRl由第一暗环围成的光斑爱里斑称为爱里斑占整个入射光束总光强的84%圆孔衍射公式暗条纹暗纹（极小）R、D为圆孔的半径和直径爱里斑半径为：称为爱里斑(Airydisk)半角宽。二、光学仪器的分辨本领1.圆孔的夫琅禾费衍射孔径为D衍射屏中央亮斑(爱里斑)2.透镜的分辨本领几何光学物点相对光强曲线经