大学物理学课件.ppt

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1、光的衍射光的衍射第二十章diffractionoflightchapter20本章内容本章内容Contentschapter20惠更斯-菲涅耳原理Huygens-Fresnelprinciple单缝衍射singleslitdiffraction圆孔衍射circularholediffraction光栅衍射gratingdiffractionX射线衍射Xraydiffraction衍射现象衍射现象针尖狭缝圆孔圆屏衍射屏(障碍物)入射光波衍射图样观察屏第一节Huygens-Fresnelprincipl

2、e惠更斯-菲涅耳原理惠更斯-菲涅耳原理20-1惠菲原理波阵面上任一点均可视为能向外发射子波的子波源.波面前方空间某一点P的振动就是到达该点的所有子波的相干叠加.波阵面在点引起的振动cos方向函数,增,慢减.上各面元在的合振动cos根据这一原理，原则上可计算任意形状孔径的衍射问题。本章的重点不是具体解算上述积分，而是运用该原理有关子波干涉的基本思想去分析和处理一些典型的衍射问题。惠更斯-菲涅耳原理惠更斯-菲涅耳原理两类衍射两类衍射(按光源-障碍物-观察屏相对距离区分)菲涅耳衍射光源和(或)观察屏距障碍

3、物不是无限远.夫琅禾费衍射光源及观察屏距障碍物均为无限远.条件实现夫琅禾费衍射条件的实现第二节20-2singleslitdiffraction单缝衍射单缝衍射单缝衍射夫琅禾费单缝衍射基本光路单缝衍射单缝衍射衍射图样光强中央明纹单缝衍射图样的光强分布单缝子波无数个子波波源单缝衍射图样的明暗分布规律,是单缝处的入射波阵面上在不同方向上的光干涉结果.解算方法严格的积分法(畧)简易的半波带法半波带法引例:若某方向,两端的子波光程差恰为此方向得暗纹.各对子波光程差均为...则上下两半对应的全部产生相消干涉.

4、半波带半波带半波带半波带单缝恰被分成两个半波带(又称菲涅耳半波带)续上半波带半波带半波带半波带半波带半波带为数时得纹半波带半波带半波带半波带半波带半波带半波带半波带半波带半波带不能被分成整数个半波带的方向非明非暗推论:sin为整数半波带半波带半波带半波带半波带半波带半波带半波带得纹为数时单缝公式单缝衍射明纹估算式sin...为明纹级数单缝衍射暗纹公式sin...为暗纹级数中央明纹无论明纹或暗纹,其角分布均取决于比值缝宽因素波长一定,缝宽越窄,衍射现象越显著.波长因素550nm650nm450nm相对

5、光强sin缝宽一定,波长越长,则各级衍射角越大,中央明纹越宽.波长例题1tgsin实际很小tgtgtgsinsinsin解:对,,级暗纹有546nm中央明纹宽的间距暗纹暗纹已知例题2sinsin433650(nm)光的第一级明纹=650nm光的第一级暗纹相互重合单缝白光单缝衍射sin暗纹明纹sin解法提要第三节20-3circularholediffraction圆孔衍射圆孔爱里爱里斑直径圆孔衍射圆孔衍射圆孔公式光强爱里斑半径直径圆孔直径半径爱里斑中的光能占通过圆孔光能的84%第一级暗环(即爱里斑的

6、边沿)的角位置的实验规律sin实际很小爱里斑直径与圆孔直径的关系式爱里斑的角宽取决于比值分辨本领得到两组圆孔衍射图样来自远方两个物点镜头通光直径(相当于圆孔)若恰能分辨为两个物点定义张角为光学仪器的最小分辨角为光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领瑞利判据瑞利判据恰好等于时,目标中的两个物点恰好能分辨.直径为的两个爱里斑的中心距离等于爱里斑半径的角宽1.22光学仪器最小分辨角光学仪器的分辨本领1.22光强畧偏临界光强能分辨光强不能分辨最小分辨角两爱里斑中心距的角宽畧大于或畧小于分辨星星如果用望远镜观察

7、到在视场中靠得很近的四颗星星恰能被分辨。若将该望远镜的物镜孔径限制得更小，则可能分辨不出这是四颗星星。提高分辨等于爱里斑半径的角宽1.22光学仪器最小分辨角光学仪器的分辨本领1.22根据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相机例题已知某照相机=550nm的光物镜直径D=5.0cm焦距f=17.5cm最小分辨角在焦面上每毫米能分辨多少条线?最小分辨角焦面上分辨最小距离每毫米能分辨线数解法提要1.221.34210(rad)52.349103(mm)1425.8(

8、mm)1人眼例题若考虑眼内玻璃状液折射率n=1.34,则眼内最小分辨角1.22(rad)2.5处和10m处两物点的最小间距.某人的瞳孔直径已知照明的光波波长在某场合下，D=2mm，=550nm最小分辨角能分辨25cm(明视距离)最小分辨角明视距离分辨最小间距10米处分辨最小间距解法提要1.223.3510(rad)4明视8.3510(mm)210m3.35(mm)第四节20-4光栅衍射gratingdiffraction光柵衍射光栅透明不透明通常为数量级光柵常数:光栅