光栅衍射 x射线衍射课件

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1、2011年春季学期答疑安排时间:15-18周周三晚6:30-8:30地点:教学楼B312教师休息室注意:考前不再安排答疑,有问题务必以上时间去问!2021/8/121衍射的主要内容2.单缝衍射半波带数…..暗纹….明纹光程差………………暗纹………明纹条纹的特征:明纹的中心位置、宽度、强度分布动态变化1.基本原理惠更斯-菲涅耳原理的本质半波带法(单缝衍射)子波干涉2021/8/122(1)单缝宽度变化,中央明纹宽度如何变化?3、衍射条纹的动态变化3总结:缝越窄,条纹分散的越开,衍射现象越明显;反之,条纹向中央靠拢。当缝宽比波长大很多时,

2、形成单一的明条纹,这就是透镜所形成线光源的象。显示了光的直线传播的性质。几何光学是波动光学在时的极限情况。结论光直线传播增大,减小一定减小,增大衍射最大2021/8/124越大,越大,衍射效应越明显。(2)衍射条纹宽度随波长的减小而变窄。2021/8/125(3)上下移动单缝,条纹位置不变。(因为衍射角相同的光线会聚在观察屏的相同位置上)单缝上移,零级明纹仍在透镜光轴上。(4)上下移动透镜,条纹位置变化透镜上移,条纹整体上移。2021/8/126(5)入射光非垂直入射时光程差的计算(中央明纹向下移动(角度向上为正))2021/8/127(中央

3、明纹向上移动)2021/8/12811-9衍射光栅一、光栅二、光栅衍射条纹的形成三、衍射光谱四、X射线衍射2021/8/129一、光栅1.光栅(grating)由大量等宽等间距的平行狭缝所组成的光学器材。2.光栅常数(gratingconstant)b:缝的宽度b’:相邻两缝间不透光部分的宽度d=b+b’:光栅常数如在1cm宽度内刻有1000条缝的光栅,它的光栅常数d=1×10-2/1000=1×10-5光栅常数d的数量级10-5~10-6米2021/8/1210二、光栅衍射(gratingdiffraction)1.光栅衍射花样实验装置(e

4、xperimentdevice)在宽阔的暗弱背景上,分布着强度不等的细而锐利的亮条纹。(grating)2021/8/1211光栅衍射花样是同一单缝衍射因子调制下的N个缝的干涉条纹。光栅每个缝形成各自的单缝衍射图样。光栅衍射条纹是单缝衍射与多缝干涉的总效果。光栅缝与缝之间形成的多缝干涉图样。122.光栅衍射条纹的形成(1)明条纹由于任意相邻两缝对应点沿方向发射的两束相邻光束间的光程差都等于=dsin=(b+b’)sin,故当时,N束光干涉加强,在屏上出现明条纹。狭缝越多,条纹就越明亮。上式称为光栅方程,满足光栅方程的明纹称为主极大。若

5、干平行的单狭缝所分割的波面具有相同的面积。各狭缝上的子波波源一一对应,且满足相干条件。13相当于N个同相位的振动矢量E1,E2,…EN沿同一方向排列。亮纹的光强光栅中狭缝条数越多,明纹越亮。:单缝光强)( :狭缝数,2021/8/1214光栅中狭缝条数越多,明纹越细。(a)1条缝(f)20条缝(e)6条缝(c)3条缝(b)2条缝(d)5条缝2021/8/1215(2)主极大在屏幕上的位置x:衍射角2021/8/1216(4)最高级数:极限情形!!光栅常数越小,明纹间相隔越远。光波波长越大,明纹间相隔越远。(3)相邻主极大条纹间距:2021/8

6、/1217光栅方程:d(sinq±sinf)=kλ(斜入射时能观察到的条纹的最高级次变大,但条纹数目相同)(15-24)2021/8/1218(5)缺级现象缺极时衍射角同时满足:k就是所缺的级次缺级:由于单缝衍射的影响,在本应出现亮纹的地方,不出现亮纹。缝间光束干涉极大条件:单缝衍射极小条件:注意:2021/8/1219k=1k=2k=0k=4k=5k=-1k=-2k=-4k=-5k=3k=-3k=6缺级k=-6缺级光栅衍射第三级极大值位置单缝衍射第一级极小值位置20例、波长为600nm的单色光垂直入射在一光栅上,第二级明纹出现在sin2=

7、0.2处,第4级为缺级。求:(1)光栅上相邻两缝的距离是多少?(2)狭缝可能的最小宽度是多少?(3)按上述选定的b、b’值,实际上能观察到的全部明纹数是多少?(类似15-29)解:2021/8/1221在范围内可观察到的明纹级数为:共15条明纹。22入射光为白光时,不同,不同,按波长分开形成光谱。一级光谱二级光谱三级光谱三衍射光谱(diffractionspectrum)光栅常数d越小,或光谱级次越高,则同一级衍射光谱中的各色谱线分散得越开。23例如二级光谱重叠部分光谱范围二级光谱重叠部分:一级光谱二级光谱三级光谱2021/8/1224例、一

8、束平行光垂直入射到某个光栅上,该光束有两种波长1=440nm,2=660nm。实验发现,两种波长的谱线(不计中央明纹)第二次重合于衍射角q=600的方向上,求此

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