大学物理光的衍射.ppt

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1、光的衍射:光波遇到障碍物时偏离直线传播,进入几何阴影区域,使光强重新分布的现象称为光的衍射.光的衍射,不仅仅是绕射问题,也有干涉.光的衍射:圆孔衍射、单缝衍射§15-7光的衍射二、惠更斯原理-菲涅耳原理惠更斯原理：波动所到达的媒质中各点，都可以看作为发射子波的波源，而后一时刻这些子波的包迹便是新的波阵面。t时刻波阵面Δutt+Δt三、衍射的分类1、菲涅耳衍射（发散光的衍射）S*衍射屏接收屏衍射屏离光源的距离或接收屏离衍射屏的距离其中一个为有限远时的衍射。2、夫琅和费衍射（平行光的衍射）S*衍射屏接收屏衍射屏离光源和接收屏的距离都为无限远时的衍射，即照射到衍射屏上的光和离开衍射屏的光

2、都为平行光。§15-8单缝夫琅和费衍射一、实验装置屏幕S*衍射图样特点：1、中央明纹宽度是其它明纹宽度的两倍。2、明纹亮度随衍射角增大而减小。3、缝宽度减小，衍射现象明显。aABafxCθθPθ二、单缝的夫琅禾费衍射图样分析菲涅耳半波带：相邻两波带发出的子波之光程差正好是。半波带个数与衍射角的关系：结论：衍射角越大，半波带个数越多。菲涅耳半波带法菲涅耳半波带法λ2θλ2λ2λ2asinθ以下分别讨论。1、为半波长的奇数倍；2、为半波长的偶数倍；3、为半波长的非整数倍；λ2θλ2λ2λ2asinθAAABCaxfθ12θλ2λ2λ2.....P三个半波带..亮纹菲涅耳半波带θ.AAA

3、BCaxfθ12λ2.....A3P四个半波带...暗纹菲涅耳半波带结论：分成偶数半波带，两两抵消为暗纹。分成奇数半波带，两两抵消后尚余一个半波带为明纹。半波带法的优缺点：处理次波相干叠加的简化方法，比较方便，但此方法不够精细，比较粗糙。1.光强分布干涉相消（暗纹）干涉加强（明纹）aλ52aλ32aλ32aλ520Isin当增加时光强的极大值迅速衰减？当角增加时，半波带数增加，未被抵消的半波带面积减少，所以光强变小。干涉相消（暗纹）干涉加强（明纹）讨论（1）第一暗纹距中心的距离第一暗纹的衍射角一定，越大，越大，衍射效应越明显.光直线传播增大，减小一定减小，增大衍射最大第一暗纹的衍射

4、角角范围线范围中央明纹的宽度（2）中央明纹（的两暗纹间）f透镜L·p缝平面0x将前页图简化如下∶a第一级暗纹中央亮纹宽度（3）条纹宽度（相邻条纹间距）干涉相消（暗纹）干涉加强（明纹）除了中央明纹外的其它明纹、暗纹的宽度其它各级明条纹的宽度为中央明条纹宽度的一半。中央明纹的宽度斜入射时光程差的计算（中央明纹向下移动）（中央明纹向上移动）例1设有一单色平面波斜射到宽度为的单缝上（如图），求各级暗纹的衍射角.解由暗纹条件例2.波长为546nm的平行光垂直照射在a=0.437mm的单缝上，缝后有焦距为40cm的凸透镜，求透镜焦平面上出现的衍射中央明纹的宽度。解：f例3、一束波长为=5

5、000Å的平行光垂直照射在一个单缝上。(1)已知单缝衍射的第一暗纹的衍射角θ1=300，求该单缝的宽度a=?(2)如果所用的单缝的宽度a=0.5mm，缝后紧挨着的薄透镜焦距f=1m，求：(a)中央明条纹的角宽度；(b)中央亮纹的线宽度；(c)第一级与第二级暗纹的距离；(3)在(2)的条件下，如果在屏幕上离中央亮纹中心为x=3.5mm处的P点为一亮纹，试求(a)该P处亮纹的级数；(b)从P处看，对该光波而言，狭缝处的波阵面可分割成几个半波带？解：(1)第一级暗纹k=1,θ1=300(2)已知a=0.5mmf=1m(a)中央亮纹角宽度(b)中央亮纹线宽度(c)第一级暗纹与第二级暗纹之间

6、的距离(3)已知x=3.5mm是亮纹(b)当k=3时，光程差狭缝处波阵面可分成7个半波带。§15.8.4圆孔衍射光学仪器的分辨率一、实验装置S*圆孔衍射光强分布爱里斑由第一暗环围成的光斑，占整个入射光束总光强的84%，称为爱里斑。第一级暗环的衍射角满足；λλλ0IRRR0.6101.6191.116sinθ点光源经过光学仪器的小圆孔后，由于衍射的影响，所成的象不是一个点而是一个明暗相间的圆形光斑。中央最亮的亮斑称为爱里斑。s1s2φδφδD**爱里斑二、光学仪器的分辨率φδ瑞利判据：如果一个点光源的衍射图象的中央最亮处刚好与另一个点光源的衍射图象第一个最暗处相重合，认为这两个点光源

7、恰好能为这一光学仪器所分辨。恰能分辨不能分辨能分辨s1s2φδφδD**圆孔衍射的第一级极小值由下式给出：最小分辨角为：1.22Dλθ1=~~sinθ1φδ=在恰能分辨时，两个点光源在透镜前所张的角度，称为最小分辨角φδ。§15.9衍射光栅一、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。a是透光（或反光）部分的宽度d=a+b光栅常数b是不透光(或不反光)部分的宽度2.光栅常数3.原理:每一缝产生衍射(在屏上是重叠的),缝与缝间产生干涉｝单缝衍射