特殊镜片光学技术-光的衍射（眼镜光学技术课件）

教学目标了解光的衍射现象了解惠更斯-菲涅尔原理会测量光的波长知识要求光的衍射惠更斯-菲涅尔原理半波带法能力要求了解光的衍射现象会用衍射的方法测量光的波长素质要求独立学习、独立思考发现和总结实验现象及规律团队合作爱护实验仪器一、光的衍射现象当光通过较宽的狭缝时，在屏幕上映出单缝像，呈现为一宽带。这时可认为光是沿直线传播的。如果缩小单缝的宽度，当缝宽小到可以与波长相比拟(10-4m数量级以下)时，在屏幕上出现的亮带虽然亮度降低，但宽度反而增大，甚至有一小部分光偏折到亮带的两侧，呈现明暗相间的条纹。这种现象称为光的衍射。单缝衍射*二、惠更斯—菲涅尔原理P

波前上每个点都可视为子波波源，空间中任一点的振动，是所有这些子波波源发出的子波在该点的相干叠加。这个发展了的惠更斯原理称为惠更斯-菲涅耳原理。三、菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射在实验中实现夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射光源、屏与缝相距无限远缝菲涅尔衍射缝光源、屏与缝相距有限远夫琅禾费单缝衍射衍射角（衍射角：向上为正，向下为负）菲涅尔波带法一、单缝衍射的实验装置

SL1L2E（衍射角：向上为正，向下为负）O点出现平行于单缝的明条纹，称为中央明纹。衍射角中央明纹1.半波带法设AC恰好等于单色光半波长的整数倍，即

(k=1,2，…)

作彼此相距的平行于BC的平面，把AC分成K等分，同时这些平面把单缝上的波面AB切割成k个波带。这些波带称为菲涅耳半周期带。每个波带上、下边沿发出的两子波光线聚焦于P点时，它们的光程差恰好为半个波长。特点缝长1）k=2时，单缝被分成两个半周期带

AA1与A1B对应点子波光程差恒为。即到达P点的相位差为，因而对应点子波的光强完全抵消。暗纹2）k=3时，单缝被分成三个半周期带

AA1与A1A2两个半周期带相互抵消，留下一半周期带A2B的光未被抵消，于是P点处出现亮纹。亮纹

个半周期带中央明纹中心1）2）

单缝正好分为偶数个半周期带，则所有半周带发出的光成对地抵消，P点处出现暗纹。个半周期带3）

单缝正好分为奇数个半周期带，则必然留下一半周期带的光未被抵消，于是P点处出现亮纹。结论2.光强分布干涉相消（暗纹）干涉加强（明纹）（1）第一暗纹距中心的距离第一暗纹的衍射角讨论（1）第一暗纹距中心的距离讨论（2）中央明纹的宽度（3）其它各级明纹的宽度除中央明纹外，其它明纹的宽度相等，中央明纹的宽度为其它明纹宽度的两倍。结论单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？越小，越大，衍射效应越明显。教学目标了解光栅衍射了解分光计的结构会用分光计测量光的波长知识要求光栅衍射光谱各半法光栅公式能力要求认识光栅衍射了解分光计的结构会用分光计测量光的波长素质要求独立学习、独立思考发现和总结实验现象及规律团队合作爱护实验仪器一、光栅

由许多平行等距的相同的单缝构成的光学元件称为衍射光栅。衍射角光栅常数：：透光部分的宽度：不透光部分的宽度光栅常数衍射角二、光栅的衍射条纹

衍射角为的两相邻光束的光程差为

光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果当此光程差等于入射波长的整数倍时，任意两狭缝发出的沿衍射角为的光的光程差也等于入射光波长的整数倍，所以它们经过透镜L会聚后，在P点相互加强，形成明纹。光栅方程条纹最高级数光强分布讨论三、衍射光谱入射光为白光时，不同，不同，按波长分开形成光谱。一级光谱（k=1）二级光谱(k=2)三级光谱(k=3)一级光谱（k=－1）二级光谱(k=－2)三级光谱(k＝－3)Ｋ=0(白色)教学目标了解光学仪器的分辨本领会计算人眼分辨极限知识要求爱里斑瑞利判据人眼最小分辨角能力要求认识光学仪器的分辨本领会人眼最小分辨角素质要求独立学习、独立思考发现和总结实验现象及规律团队合作爱护实验仪器

按照波动光学的观点，透镜相当于一个圆孔，由于衍射的存在，一个物点通过透镜所成的像，不是一个几何点像，而是一个有一定大小的爱里斑。

大多数光学仪器所用透镜的边缘都是圆形，圆孔的夫琅和费衍射对成象质量有直接影响。一一对应几何光学:

物点像点一一对应波动光学:物点像斑一、光学仪器的分辨本领光学仪器对点物成像，是一个有一定大小的爱里斑。两个物点通过透镜所成的像，就是两个爱里斑。瑞利给出恰可分辨两个物点的判据。

若两物点距离很近，对应的两个爱里斑可能部分重叠而不易分辨。S1S2光学仪器对点物成像，是一个有一定大小的爱里斑。1、瑞利判据

对于两个强度相等的不相干的点光源(物点)，一个点光源的衍射图样的主极大刚好和另一点光源衍射图样的第一极小相重合，这时两个点光源（或物点）恰为这一光学仪器所分辨。**2、光学仪器的分辨本领（两光点刚好能分辨）光学仪器的通光孔径满足瑞利判据的两物点间的距离，就是光学仪器所能分辨的最小距离。此时，两个物点对透镜中心所张的角，称为最小分辨角。光学仪器分辨率光学仪器的最小分辨角越小，分辨率就越高。提高光学仪器分辨本领的两条基本途径是加大成像系统的通光孔径采用较短的工作波长

对望远镜，不变，尽量增大透镜孔径D，以提高分辨率。一般天文望远镜的口径都很大，世界上最大的天文望远镜在智利，直径16米，由4片透镜组成。

对显微镜，主要通过减小波长来提高分辨率。电子显微镜用加速的电子束代替光束，其波长约0.1nm，用它来观察分子结构。荣获1986年诺贝尔物理学奖的扫描隧道显微镜最小分辨距离已达0.01Å（0.1nm），能观察到单个原子的运动图像。

提高光学仪器分辨本领的两条基本途径：1990年发射的哈勃太空望远镜的凹面物镜的直径为2.4m，最小分辨角是，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。解（1）（2）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？教学目标了解圆孔夫琅禾费衍射了解光学仪器的分辨本领知识要求圆孔夫琅禾费衍射爱里斑能力要求认识光学仪器的分辨本领会人眼最小分辨角素质要求独立学习、独立思考发现