光的衍射PPT课件

0,.,（Diffractionoflight）,第十七章光的衍射,1衍射现象、惠更斯-菲涅耳原理,2单缝的夫琅禾费衍射,3光栅衍射,4光学仪器的分辨本领,5X射线的衍射,退出,1,.,一、光的衍射现象,光在传播过程中遇到障碍物，光波会绕过障碍物边缘而偏离直线传播的现象。,如果波长与障碍物相当，衍射现象最明显。,上页,下页,退出,返回,1衍射现象、惠更斯-菲涅耳原理,2,.,二.惠更斯菲涅耳原理,(一).惠更斯原理,1.原理:,媒质中波传到的各点,都可看作开始发射子波的子波源(点波源)。,在以后的任一时刻,这些子波面的包络面就是实际的波在该时刻的波前。,2.应用:,t时刻波面t+t时刻波面波的传播方向,上页,下页,退出,返回,3,.,上页,下页,退出,返回,4,.,(二).惠更斯菲涅耳原理,波传到的任何一点都是子波的波源，各子波在空间某点的相干叠加（干涉），就决定了该点波的强度。,1.波传到P点处时的能量分布决定于各子波的合振动。,2.愈大，r方向子波振幅愈小。菲涅耳认为：/2时，振幅为零，因而强度也为零，说明子波不能向后传播。,上页,下页,退出,返回,5,.,1.菲涅耳衍射（Fresneldiffraction）光源和观察屏（或二者之一）离衍射屏的距离有限时的衍射。它也称近场衍射，其衍射图形会随观察屏到衍射屏的距离而变，情况较复杂。,上页,下页,退出,返回,三、衍射的分类,观察比较方便，但定量计算却很复杂。,6,.,2.夫琅禾费衍射(Fraunhoferdiffraction)光源和观察屏都离衍射屏无限远时的衍射。它也称远场衍射，这种衍射实际上是菲涅耳衍射的极限情形。,上页,下页,退出,返回,计算比较简单。,7,.,在屏幕上某点P距屏幕中心o点为x，对应该点的衍射角为，AB间两条光线的光程差为。,2单缝的夫琅禾费衍射,上页,下页,退出,返回,8,.,用/2分割，过等分点作BC的平行线，等分点将AB等分-将单缝分割成数个半波带。,1.半波带法,上页,下页,退出,返回,9,.,分割成偶数个半波带，,分割成奇数个半波带，,P点为暗纹。,P点为明纹。,上页,下页,退出,返回,10,.,减弱,加强,2.加强减弱条件,上页,下页,退出,返回,11,.,暗纹,明纹,3.明纹、暗纹位置,上页,下页,退出,返回,12,.,暗纹位置,两条，对称分布屏幕中央两侧。,其它各级暗纹也两条，对称分布。,上页,下页,退出,返回,13,.,明纹位置,两条，对称分布屏幕中央两侧。,其它各级明纹也两条，对称分布。,上页,下页,退出,返回,14,.,中央明纹宽度,为两个一级暗纹间距,上页,下页,退出,返回,15,.,相邻条纹间距,相邻暗纹间距,相邻明纹间距,除中央明纹以外，衍射条纹平行等距。,上页,下页,退出,返回,16,.,条纹间距,1.,衍射现象明显。,衍射现象不明显。,2.,4.讨论,上页,下页,退出,返回,17,.,波长对衍射条纹的影响,上页,下页,退出,返回,18,.,缝宽对衍射条纹的影响,上页,下页,退出,返回,19,.,单缝位置对衍射条纹的影响,上页,下页,退出,返回,20,.,光源位置对衍射条纹的影响,上页,下页,退出,返回,21,.,例1：已知：一雷达位于路边d=15m处，射束与公路成15角，天线宽度a=0.20m，射束波长30mm。,求：该雷达监视范围内公路长L=?,上页,下页,退出,返回,解：将雷达波束看成是单缝衍射的0级明纹,由,22,.,有,如图：,上页,下页,退出,返回,23,.,例2：在某个单缝衍射实验中，光源发出的光含有两种波长l1和l2，并垂直入射于单缝上，假如l1的第一级衍射极小与l2的第二级衍射极小相重合，试问：（1）这两种波长之间有何关系？（2）在这两种波长的光所形成的衍射图样中，是否还有其他极小相重合？,解：（1）由单缝衍射的暗纹公式：,代入可得,由题意知,上页,下页,退出,返回,24,.,（2）,上页,下页,退出,返回,25,.,例3：单缝宽a=0.5mm，屏距缝D=100cm，单色平行光垂直照射单缝，则在屏上形成衍射条纹；若在距离屏上中央明条纹中心距离为1.5mm处的P点为一亮纹，求：（1）入射光的波长；（2）P点条纹的级数和这条纹对应的衍射角；（3）狭缝处的波面可分为几个半波带；（4）中央明纹的宽度。解（1）由单缝衍射明条纹的条件：,上页,下页,退出,返回,26,.,因为k越大得到的波长越小，所以，当k2时，求出的波长均不在可见光范围。又因P点是亮纹，所以入射光的波长一定是500nm。,（2）因为P点的明纹对应的k值等于1，所以是第一级明条纹，其对应的衍射角可由明条纹的条件得出：,k=1，所以,上页,下页,退出,返回,k=2时,当k=1时,27,.,（3）狭缝处的波面所分的波带数和明条纹对应的级数的关系为：波带数=2k+1。因为k=1，所以狭缝处的波面可分为3个半波带。（4）中央明条纹的宽度为左右第一级暗条纹间距离：,上页,下页,退出,返回,28,.,3光栅衍射,一.衍射对双缝干涉的影响,设双缝的每个缝宽均为a，在夫琅禾费衍射下，每个缝的衍射图样位置是相重叠的。,不考虑衍射时,双缝干涉的光强分布图：,上页,下页,退出,返回,29,.,I,衍射光相干叠加,衍射的影响：,双缝干涉条纹各级主极大的强度不再相等，而,是受到了衍射的影响。主极大的位置没有变化。,上页,下页,退出,返回,30,.,d/a的大小决定了衍射中央明纹范围内干涉条纹的多少。当、且很小时，衍射中央明纹范围宽，其间干涉条纹数多，相邻明纹强度最大值变化不大，这就过渡到了不考虑衍射时的双缝干涉情形。,上页,下页,退出,返回,时，双缝干涉光强受衍射调制如下图,31,.,明纹缺级现象,衍射暗纹位置：,时,出现缺级。,干涉明纹缺级级次,干涉明纹位置：,干涉明纹中心强度称为干涉“主极大”。在双缝干涉的主极大两侧附近，光强变化较缓慢，因而主极大的位置很难测准。为使光强更集中在主极大处，可考虑多缝干涉，这就涉及到了光栅。,例如时，缺2，4，6级。,上页,下页,退出,返回,32,.,二.光栅,1.光栅大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面)构成的光学元件。,d,a是透光（或反光）部分的宽度,b是不透光(或不反光)部分的宽度;d=a+b光栅常数,3.光栅常数,2.种类：,上页,下页,退出,返回,普通光栅刻线为数十条/mm数千条/mm，用电子束刻制可达数万条/mm,光栅是现代科技中常用的重要光学元件。,33,.,三.光栅衍射,1.多光束干涉,k=0,1,2,3,光栅方程（光栅公式）,明纹(主极大)条件：,k=0,1,2,3,或,上页,下页,退出,返回,34,.,2.光栅衍射,(1)各主极大受到单缝衍射的影响,(2)为整数比时，会出现缺级,(3)d、a对条纹的影响,上页,下页,退出,返回,35,.,36,.,a不变单缝衍射的轮廓线不变；d减小主极大间距变稀，单缝中央亮纹范围内的主极大个数减少，缺级的级次变低。d不变各主极大位置不变；a减小单缝衍射的轮廓线变宽，单缝中央明纹范围内的主极大个数增加，缺级的级次变高。极端情形:当a0时单缝衍射的轮廓线变为水平直线，第一暗纹在处，各主极大光强相同，此时：多缝衍射图样多光束干涉图样。,上页,下页,退出,返回,37,.,二.光栅光谱,光栅的色散本领,1.光栅光谱,光栅光谱有多级，且是正比光谱,2.光栅的色散本领,把不同波长的光在谱线上分开的能力,设:波长的谱线,衍射角，位置x；波长的谱线，衍射角,位置x+x,角色散本领,白光的光栅光谱,上页,下页,退出,返回,38,.,例4：波长6000埃的单色光，垂直照射在光栅上，第2级明纹出现在sin=0.2的位置上。当用另一未知波长的单色光垂直照射该光栅时，其第1级明纹出现在sin=0.08的位置。求（1）该光栅的光栅常数；（2）未知单色光的波长；（3）已知单色光的第3条明线缺级，试计算该光栅狭缝的最小宽度a。,解：由光栅衍射公式,上页,下页,退出,返回,（1）第二级明条纹满足：,39,.,（3）第3级明条纹缺级，可得出,上页,下页,退出,返回,（2）由：,得：,狭缝的最小宽度,40,.,4光学仪器的分辨本领,一.圆孔的夫琅禾费衍射,圆孔孔径为D,L,衍射屏,观察屏,中央亮斑(爱里斑),1,二.透镜的分辩本领,几何光学:,上页,下页,退出,返回,41,.,波动光学:,非相干叠加,瑞利判据:对于两个等光强的非相干物点,如果其一个象斑的中心恰好落在另一象斑的边缘(第一暗纹处),则此两物点被认为是刚刚可以分辨。,上页,下页,退出,返回,42,.,最小分辨角,分辨本领,不可选择，可,显微镜：,D不会很大，可,望远镜：,上页,下页,退出,返回,43,.,5X射线的衍射,一.X射线的产生,X射线,证实了X射线的波动性,劳厄（Laue）实验（1912）,X射线:10-1102,上页,下