光的衍射夫琅禾费单缝衍射.ppt

第六节 光的衍射 一 光的衍射现象 光在传播过程中遇到障碍物 光波会绕过障碍物的边缘偏离直线传播 到达障碍物的几何阴影区 如果波长与障碍物的线度相当 衍射现象最明显 二 惠更斯 菲涅耳原理 惠更斯原理 子波假说 只能解释波的衍射现象中光的传播方向问题 不能给出衍射波的强度 不能解释条纹的形成 惠更斯 菲涅耳原理 波前S上每一个面元dS都可以看成是发射球面子波的新波源 波场中P点的强度由各个子波在该点的相干叠加决定 菲涅耳在惠更斯子波假说的基础上补充了子波相干叠加的概念 波在前进过程中引起前方某点的总振动 为面S上各面元dS所产生子波在P点引起分振动的总和 即这些子波在P点的相干叠加 元振动 沿入射波方向的衍射子波振幅最大 子波不向后衍射 球面波振幅 方向因子 简谐波 垂直入射S 三 衍射的分类 菲涅耳衍射 夫琅禾费衍射 菲涅耳衍射 近场衍射 夫琅和费衍射 远场衍射 光源 障碍物 接收屏至少有一个距离为有限远 光源 障碍物 接收屏 距离都为无限远 即平行光入射 平行光出射 第七节 夫琅禾费单缝衍射 夫琅禾费 JosephvonFraunhofer1787 1826 夫琅禾费是德国物理学家 1787年3月6日生于斯特劳宾 父亲是玻璃工匠 夫琅禾费幼年当学徒 后来自学了数学和光学 1806年开始在光学作坊当光学机工 1818年任经理 1823年担任慕尼黑科学院物理陈列馆馆长和慕尼黑大学教授 慕尼黑科学院院士 夫琅禾费自学成才 一生勤奋刻苦 终身未婚 1826年6月7日因肺结核在慕尼黑逝世 夫琅禾费集工艺家和理论家的才干于一身 把理论与丰富的实践经验结合起来 对光学和光谱学作出了重要贡献 1814年他用自己改进的分光系统 发现并研究了太阳光谱中的暗线 现称为夫琅禾费谱线 利用衍射原理测出了它们的波长 他设计和制造了消色差透镜 首创用牛顿环方法检查光学表面加工精度及透镜形状 对应用光学的发展起了重要的影响 他所制造的大型折射望远镜等光学仪器负有盛名 他发表了平行光单缝及多缝衍射的研究成果 后人称之为夫琅禾费衍射 做了光谱分辨率的实验 第一个定量地研究了衍射光栅 用其测量了光的波长 以后又给出了光栅方程 单色平行光垂直照射单缝 衍射条纹如图 一 装置 光路 衍射条纹 如何确定明暗条纹的位置 衍射角 缝宽 线源 二 半波带法 中央明纹 中心 1 A p和B p的光程差为 1 2 1 2 将单缝处的波面分成与缝平行的等宽窄条 每一窄条称为一个波带 若相邻两波带上的对应点沿 方向的衍射光到P点处的光程差为 2 即相位差为 这种波带称为半波带 相邻两半波带贡献给P点的合振幅为零 当时 可将缝分成三个 半波带 p处形成明纹 中心 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 相消 p处形成暗纹 当时 缝分成四个 半波带 可将 两相邻半波带的衍射光 暗纹 中心 明纹 中心 中央明纹 中心 一般情况 单缝处的波面分割成 偶数个半波带 奇数个半波带 不是整数个半波带 P点光强在明暗之间 1 条纹角宽度 暗纹条件 三 条纹宽度 1 衍射反比定律 a越小 条纹散得越开 2 a 时 条纹密集于中央 成为一条亮线 相当于光的直线传播 几何光学是波动光学在时的极限情况 3 当时会出现明显的衍射现象 a 时条纹太暗 条纹角宽度 2 中央明纹线宽度 1级暗条纹之间的区域 3 其他明纹宽度 单缝衍射明纹宽度的特征 四 光强 中央明纹最亮 其它明纹光强迅速下降 条纹间距 五 讨论 波长对衍射条纹的影响 缝宽对衍射条纹的影响 单缝位置对衍射条纹的影响 光源位置对衍射条纹的影响 Singleslit Doubleslit Threeslit Sevenslit Moreslit Doublehole Squareaperture 单缝衍射 正三边形孔 正四边形孔 正六边形孔 正八边形孔 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 0 1 1 2