大学物理下第十四章光的衍射2.ppt

手指缝 眼皮缝都可观察衍射(试试看) 门缝里看人一定是扁的吗？,光的衍射 光在传播过程中遇到障碍物，能够绕过障碍物, 偏离直线传播的现象。,*衍射的宏观效果 光强重新分布（出现明暗相间的条纹）,*衍射的基本原理 惠更斯-菲涅耳原理 (子波的相干叠加）,干涉是有限束光的相干叠加光程差 衍射是无数子波的相干叠加积分,* 衍射的分类,1、 菲涅耳半波带法,将波面分成整数个波带，各波带面积相等，相邻波带的相位差为 ，则：,A、B为相距最远的子波,一、 单缝的夫琅和费衍射,2、单缝的夫琅和费衍射,暗纹中心,明纹中心,a,A,B,中央明纹中心,衍射角,暗纹中心,明纹中心,1）条纹宽度明条纹在屏上呈现的宽度,角宽度,其它各级明条纹：相邻暗条纹的宽度,中央明条纹：中央两侧第一暗条纹之间的区域。,3）衍射光谱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。,a 越小，条纹分散的越开，衍射现象越明显； 反之，条纹向中央靠拢。,当 a 或略大于时会出现明显的衍射现象。,当 a 时，形成单一的明条纹，这就是透镜所形成线光源的象。显示了光的直线传播的性质。,2）衍射程度,几何光学是 波动光学在a 时的极限情况。,4）单缝衍射的动态变化,单缝上移，零级明纹仍在透镜光轴上.,单缝上下移动，根据透镜成像原理衍射图不变.,5）入射光非垂直入射时光程差的计算,（中央明纹向下移动）,例1、已知光波垂直入射，看到屏上P点为3级暗条纹 求：1）衍射光AP和BP的光程差；,解：1）,2）,3）,P点是一级明纹,2）这时单缝分成几个半波带； 3）若缝宽a缩小为a=a/2，则P点是明纹还是暗纹？级数如何？,例2、已知波长600nm的单色光垂直入射到a=0.10mm的单缝上，f=1.0m。求：,解（1）,（2）,（3）,（1）中央衍射明纹的宽度； （2）第二级暗纹离透镜焦点的距离x2； （3）最多能见几条明纹。,二、圆孔衍射 光学仪器的分辨本领,：爱艾里斑直径,中央明区集中了衍射光能的83.5,1、爱里斑的半角宽 度第一暗环对应的衍射角 ,式中D为圆孔的直径,若f 为透镜 L 的焦距，爱里斑的半径为：,理论计算得：,2、瑞利判据：,点物S1的爱里斑中心恰好与另一个点物S2的爱里斑 边缘（第一衍射极小）相重合时，恰可分辨两物点。,可分辨,恰可分辨,不可分辨,3、光学仪器的分辨本领,最小分辨角,（两光点刚好能分辨）,光学仪器分辨本领,1990 年发射的哈勃太空望远镜的凹面物镜的直径为2.4m ，最小分辨角 ，在大气层外 615km 高空绕地运行 , 可观察130亿光年远的太空深处, 发现了500 亿个星系 .,例1 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm，而在可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，问,（1）人眼的最小分辨角有多大？,（2）若物体放在距人眼25cm（明视距离）处，则两物点间距为多大时才能被分辨？,解（1）,（2）,三、光栅(grating)衍射,1、 衍射光栅,透 射 光 栅,许多等宽度、等距离的狭缝排列起来形成的光学元件.,相邻两缝间的光程差,光栅常数：,光栅常数,a：透光部分的宽度,b：不透光部分的宽度,2、光栅衍射条纹的形成,光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果,多缝干涉,每一条缝衍射后的光强分布相同,光栅衍射是单缝衍射和缝间光线干涉两种效应的叠加，亮纹的位置决定于缝间光线干涉的结果。,缝数 N = 5 时光栅衍射的光强分布图,1 条 缝,20 条 缝,3 条 缝,5 条 缝,N 个缝光矢量叠加后：,用光矢量A 的叠加来解释光强分布:,第一个与第二个缝光束的相位差为,当相邻两缝光束的光程差为,第一个缝光束的光矢量,第二个缝光束的光矢量,当相邻两缝光束的相位差为,当相邻两