皮伟光的衍射学习教案

1、会计学1皮伟光的衍射皮伟光的衍射第一页，编辑于星期二：四点 四十九分。2一. 光的衍射1.现象S? a缝宽2.定义： 光在传播过程中能绕过障碍物的边缘而偏离直线传播的现象叫光的衍射。第1页/共50页第二页，编辑于星期二：四点 四十九分。33. 惠更斯菲涅耳原理（Huygens-Fresnel principle）第2页/共50页第三页，编辑于星期二：四点 四十九分。43. 惠更斯菲涅耳原理（Huygens-Fresnel principle） 空间任一点的光振动是所有这 些子光波在该点的相干叠加。 波振面上每一点都可以看成 发出球面子波的新波源惠更斯：子波的概念菲涅尔：子波干涉（子波相干叠加）

2、的思想第3页/共50页第四页，编辑于星期二：四点 四十九分。54. 分类SP有限远夫朗和费衍射无限远SPf f菲涅耳衍射近场衍射远场衍射第4页/共50页第五页，编辑于星期二：四点 四十九分。6AB第5页/共50页第六页，编辑于星期二：四点 四十九分。7二、单缝的夫琅和费衍射单缝的夫琅和费衍射实验光路图衍射角 : *S f f a透镜L透镜LpB缝平面观察屏0A第6页/共50页第七页，编辑于星期二：四点 四十九分。81 明暗条纹出现的条件明暗条纹出现的位置2条纹宽度（中心条纹、相邻明或暗条纹的间距）如何准确描述?oxx x 第7页/共50页第八页，编辑于星期二：四点 四十九分。9 半波带法AB2

3、21122aC第8页/共50页第九页，编辑于星期二：四点 四十九分。10A2A1ABCafsin32BCa 亮纹P第9页/共50页第十页，编辑于星期二：四点 四十九分。11A2A1ABCafsin42BCa暗纹A3P第10页/共50页第十一页，编辑于星期二：四点 四十九分。12u缝被分成偶数个半波带sin(21)2ak u缝被分成奇数个半波带中央明纹明纹中心：sinak 1,2,3,k 暗纹中心：1,2,3,k 0 u 第11页/共50页第十二页，编辑于星期二：四点 四十九分。13 入射光斜入射到单缝上0i （）iBA明纹中心暗纹中心sinsinaai (21)2k k 1,2,3k sins

4、inaai 边缘第12页/共50页第十三页，编辑于星期二：四点 四十九分。14中央明纹中心+1级暗纹中心-1级暗纹中心+1级明纹中心条纹位置和宽度： k级暗纹位置：级暗纹位置：tankkxf sinkkaff -1级明纹中心f -2级暗纹中心-2级明纹中心+2级明纹中心+2级暗纹中心1,2,3,.k ox第13页/共50页第十四页，编辑于星期二：四点 四十九分。15122xxfa 中 央暗 级明纹宽度级明纹宽度k(1)kkkxxx 明暗暗fa 中央明纹线宽度为其它明纹宽度的两倍 中央明纹宽度 k级明纹位置：级明纹位置：(21)2kkaxf 1,2,3,.k 中央明纹半角宽度:1a 暗第14页/

5、共50页第十五页，编辑于星期二：四点 四十九分。16 中央明纹宽度随缝宽的变化：2 fxa 中 央第15页/共50页第十六页，编辑于星期二：四点 四十九分。17 条纹间距随光波波长的变化：fxa 第16页/共50页第十七页，编辑于星期二：四点 四十九分。18单缝衍射的相对光强分布：sina1IOIo0.0470.0172aa-2a-第17页/共50页第十八页，编辑于星期二：四点 四十九分。19干涉与衍射的区别与联系?课堂思考与讨论p共同点：1.干涉与衍射都是光的波动性的体现；2.光的相干叠加的结果。p不同点：（共同点与不同点）1.相干光束数量不同 2. (双缝)干涉与（单缝）衍射的条纹分布特点

6、不同第18页/共50页第十九页，编辑于星期二：四点 四十九分。20第19页/共50页第二十页，编辑于星期二：四点 四十九分。21第20页/共50页第二十一页，编辑于星期二：四点 四十九分。22三、光栅衍射1 .基本概念u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。u种类：d反射光栅d透射光栅u光栅常数:daba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dab第21页/共50页第二十二页，编辑于星期二：四点 四十九分。232.光栅衍射本质光栅衍射图样是单缝衍射和多光束干涉的综合效果。P0Pd第22页/共50页第二十三页，编辑于星期二：四点 四十九分。24u明纹（主极

7、大）位置 sindk 光栅方程0,1,2,k u缺级 sin0,1,2,3dkk 1,3sin,2nan 单缝衍射极小多光束干涉极大如果某一同时满足以上两式，则k级主极大缺级dkna 缺级级次缺级次数缺级条件：P0Pd第23页/共50页第二十四页，编辑于星期二：四点 四十九分。251n 4k(4)da sin4d第一次缺级第四级缺级sinIdkna sina第24页/共50页第二十五页，编辑于星期二：四点 四十九分。26单缝衍射光强曲线条纹位置由多缝干涉决定，强度受到单缝衍射的调制。多缝衍射光强曲线多缝干涉光强曲线u 衍射光强分布：第25页/共50页第二十六页，编辑于星期二：四点 四十九分。2

8、7问题： 1.在屏幕上观测到的谱线的最高级次？ 2.缺级能否避免？ 3. 光栅有何用途？4.判定光栅性能的指标？第26页/共50页第二十七页，编辑于星期二：四点 四十九分。28例1 在夫琅禾费单缝衍射实验中，波长为 的单色光垂直入射在宽度为 的单缝上，对应于衍射角为 的 方向，单缝处波振面可分成的半波带 数目 = ？ 4a 30o 答案：4个 第27页/共50页第二十八页，编辑于星期二：四点 四十九分。29例例2 2 在在夫琅和费单缝衍射实验中，波长为夫琅和费单缝衍射实验中，波长为 的单的单色光垂直入射在宽度为色光垂直入射在宽度为a的单缝上，如果中央的单缝上，如果中央条纹两旁第三个暗条纹之间的

9、距离为条纹两旁第三个暗条纹之间的距离为 x，求，求透镜的焦距透镜的焦距 f。32xx 暗33tanxf 暗暗3sinf 暗3fa 第28页/共50页第二十九页，编辑于星期二：四点 四十九分。30例3 波长为 的单色光垂直照到光栅上， 测得第二级主极大的衍射角为 ，第 三级缺级。求： 光栅常数 透光缝的最小宽度 a 若=600nm,a=2um,实际呈现的全部级数为多少？ 第29页/共50页第三十页，编辑于星期二：四点 四十九分。31光栅光谱白光（350770nm）的光栅光谱是连续谱：0级 1级2级-2级-1级(白)3级-3级k 一定时， ，210sin kkd 正入射：主极大位置也不同，形成同一

10、级光谱。不同颜色光的完整光谱条件：minmax)1( kk第30页/共50页第三十一页，编辑于星期二：四点 四十九分。32第31页/共50页第三十二页，编辑于星期二：四点 四十九分。33四 光学仪器的分辨本领1. 圆孔的夫琅禾费衍射圆孔孔径为DL衍射屏观察屏中央亮斑（爱里斑）1 f 22. 1sin1 D爱里斑D 爱里斑变小集 中 了 约84%的衍射光能。（Airy disk）相对光强曲线1.22(/D)sin1I / I00第32页/共50页第三十三页，编辑于星期二：四点 四十九分。342. 透镜的分辩本领几何光学： 物点 象点物（物点集合） 象（象点集合）（经透镜）波动光学 ：物点 象斑物

11、（物点集合） 象 （象斑集合）（ 经透镜） 衍射限制了透镜的分辨能力。第33页/共50页第三十四页，编辑于星期二：四点 四十九分。35两个光点刚可分辨非相干叠加两个光点不可分辨 瑞利判据对于两个等光强的非相干的物点，一个象斑的中心恰好落在另一象斑的边缘可以分辨的。（Rayleigh criterion）：如果（第一暗纹处），则此两物点被认为是刚刚若象斑再靠近就不能分辨了。第34页/共50页第三十五页，编辑于星期二：四点 四十九分。36小孔（直径D）对两个靠近的遥远的点光源的分辨离得太近不能分辨瑞利判据刚能分辨离得远可分辨第35页/共50页第三十六页，编辑于星期二：四点 四十九分。37D22.1

12、1 22. 11DR RD ID*S1S20最小分辨角（angle of minimum resolution）：分辨本领（resolving power）：第36页/共50页第三十七页，编辑于星期二：四点 四十九分。38 不可选择，RD 可可望远镜： 世界上最大的光学望远镜：建在了夏威夷山顶。世界上最大的射电望远镜：建在了波多黎各岛的地球表面仅1012W的功率，D = 305 mArecibo，能探测射到整个也可探测引力波。D = 8 m第37页/共50页第三十八页，编辑于星期二：四点 四十九分。39显微镜：D不会很大，R 可可 在正常照明下，人眼瞳孔直径约为3mm， 电子显微镜分辨本领很高

13、，的结构。电子 ：0.1A 1A（10 -2 10 -1 nm）可分辨约 9m 远处的相距 2mm 的两个点 夜间观看汽车灯，远看是一个亮点，逐渐移近才看出是两个灯。对 = 0.55 m（5500A）的黄光， 1，可观察物质第38页/共50页第三十九页，编辑于星期二：四点 四十九分。40 1895年德国物理学家伦琴发现了高速电子撞五 X 射线的衍射（ diffraction of X-rays ）1. X 射线的产生击固体可产生一种能使胶片感光、空气电离、荧光质发光的中性射线， 称为 X 射线。-KAX射线X射线管+K 阴极，A 阳极加速阴极发射的热电子 A K间加几万伏高压，X 射线管的结构

14、如下：第39页/共50页第四十页，编辑于星期二：四点 四十九分。41威廉 . 伦琴1845 1923 由于发现X射线获1901年（首届）诺贝尔物理奖Wilhelm C.Rntgen德国人第40页/共50页第四十一页，编辑于星期二：四点 四十九分。42ddddsin12晶面ACB2. X 射线在晶体上的衍射. 衍射中心：: 掠射角d ： 晶面间距.同一层晶面上点间散射光的干涉：每个原子都是散射子波的波源。.面间散射光的干涉：dCBACsin2 NaCl d =0. 28nm符合反射定律的散射光加强（晶格常数）第41页/共50页第四十二页，编辑于星期二：四点 四十九分。43散射光干涉加强条件： k

15、d sin2 乌利夫 布拉格公式三. 应用 已知、 可测d 已知、d可测 X 射线晶体结构分析。 X 射线光谱分析。），（21 k共同获得了1915年的诺贝尔物理学奖。布拉格父子（W.H.Bragg， W.L.Bragg ）由于利用X射线分析晶体结构的杰出工作，第42页/共50页第四十三页，编辑于星期二：四点 四十九分。44威廉 .亨利 . 布拉格（父）威廉 . 劳伦斯 . 布拉格（子）1862 19421890 1971第43页/共50页第四十四页，编辑于星期二：四点 四十九分。45干涉、衍射总结什么叫干涉？ 什么叫衍射？ 为什么有干涉？ 为什么有衍射？ cos22121IIIII总球面子波

16、；子波干涉 双缝、等倾、劈尖、牛顿环、迈克尔逊干涉仪 单缝衍射、圆孔衍射干涉条件： 单缝衍射条件： k明2) 12(k暗sina2) 12(k明22k暗第44页/共50页第四十五页，编辑于星期二：四点 四十九分。46光栅衍射 干涉 +衍射主极大：sindk .2,1,0k 缺 级dkka光栅光谱 完整光谱条件：minmax)1( kkX射线衍射),2 ,1( ,sin2 kkd第45页/共50页第四十六页，编辑于星期二：四点 四十九分。47干涉、单缝衍射条纹特征 干涉衍射物理量物理量kxkekrkxke半波带数2)sin(sinia半波带数kx中央明xkx 明明第46页/共50页第四十七页，编辑于星期二：四点 四十九分。48必须记住的公式 1、干涉条件2、衍射条件3