波动光学 衍射.ppt

徐兰珍 徐建刚 等 衍 射 2-2 单缝夫朗和费衍射　 2-3 光学仪器的分辨率 2-4 衍 射 光 栅 单缝衍射 多缝干涉 光栅衍射 三.暗纹条件 两主极大之间分布着一些暗条纹，也称极小（缝与缝间的干涉相消而形成的）。 相邻两缝沿?角方向发出的光 ?? ?? P点产生暗纹，此时组成一闭合多边形。 产生暗纹条件： （m ?1的整数） m = 1,2……(N-1),(N+1),(N+2),……，(2N-1),(2N+1)……出现暗纹。 当m = N,2N,3N ……时 例如:N=5,m=1,2,3,4, 6,7,8,9,11,12,时，N(a+b)sin?=±m?所决定的衍射角?都对应暗纹 而当m=5,10,15……时，上式变为： 这正是出现主极大条纹的条件，第一、二、三、级极大值。 综上所述:在相邻两个主极大条纹m=N,2N,3N之间有N-1个极小（暗），这N-1个(暗)之间当然夹着N-2个光强很小的次级大。在N 很大时，两主极大间实际上形成一片暗。 (a+b)sin?1=±? (a+b)sin?1=±2? (a+b)sin?1=±3? … … （1）光栅衍射图谱是单缝衍射和多缝干涉 的总效果； 3.光栅衍射光谱特点 （3）光栅有色散作用，复色光入射，除中央明纹为白色明纹，其余明纹为彩色条纹； （4）光栅有色分辨本领：能将两束波长相差 很小的光 分开 （2）在两个相邻主极大间有N-1个极小，是 一片大黑背景下的一些分得很开、既明亮 又尖锐、不等距的明条纹； 0级 3级 -3级 白光的光栅光谱 -2级 2级 -1级 1级 白光光谱 氦光谱 返 回 上 页 下 页 返 回 上 页 下 页 衍 射 惠更斯—菲涅耳原理 1 单缝夫朗和费衍射 2 光学仪器的分辨率 3 衍射光栅 4 光的衍射现象：光波偏离直线传播的现象 2-1 惠更斯—菲涅耳原理 菲涅耳(1788～1827)法国土木工程 兼物理学家。生于建筑师家庭，自 幼体弱多病。1806年毕业于巴黎工 艺学院，1809年又于巴黎路桥学院 取得土木工程师文凭。大学毕业后 倾注全力于建筑工程。 1814年起， 将注意力转移到光的研究上。1823 年,法国科学院院士;1825年,英国皇家学会会员。他的科 学研究是在业余时间和艰苦的条件下进行的，这花费了他 有限的收入并损害了他的健康。1827年7月14日他因患肺 病逝世, 年仅39岁。科学成就：一是衍射，惠更斯－菲涅 耳原理。二是偏振，与阿喇戈一起研究偏振光干涉，肯定 了光是横波。 菲涅耳介绍 菲涅耳 光源 孔(缝) ●夫朗和费衍射 ●菲涅耳衍射 光源和显示屏与衍射孔(缝) 相距至少有一个或两个，为有限远 光源和显示屏与衍射孔(缝)相距都为无限远 一.衍射分类 惠更斯－菲涅耳原理 行进的波面上任意一点，都可看作是新的次波源，这些次波面的包络面就是下一时刻新的子波面。 1、惠更斯原理 1.不涉及波的特性：?、A、位相。只能定性说明在障碍物边缘传向偏离直线的现象。 2. 光通过障碍物后还在屏上出现明暗相间条纹，惠更斯原理无能为力。 惠更斯原理缺陷 菲涅耳对其改进——利用半波带法对单缝衍射进行半定量的研究 一、实验装置 单缝衍射演示 λ 2 λ 2 λ 2 λ 2 ----菲涅耳半波带法 衍射光线 衍射角 二.衍射图谱分布规律 -- 2个波带 ☆A0 和0B 波带上对应点发出的子波到达P点时的位相差为?相互干涉抵消 ---P点为暗纹 ☆ k为偶数：成对干涉抵消 ---暗纹 ---- k个波带 ☆有一个波带未被抵消 --P点为明纹 ☆k为奇数：剩一个波带未被抵消 ---明纹 -- 3个波带 --暗纹 --明纹 --暗纹 --明纹 中央明纹中心 不等于?/2整数倍时, 由于屏幕上的光强在亮暗之间连续变化，此时，光强介于最明与最暗之间。 ☆中央明纹：两个第一级暗纹中心间的明纹 半角宽 讨论： 线宽度 ☆其它相邻明(暗)纹的间距是中央亮纹宽度的一半 ☆中央明区最亮，随级数增大，亮度迅速减小 I/I0 -1. 43 ? 1. 43 ? -2. 46 ? 2. 46 ? ☆白光照射 中央明纹仍为白条纹 两侧： 与?有关（彩条 ） ☆ ?一定时， 越小，衍射作用越明显; 增 大，条纹密集 ☆缝上下移动，条纹不动 [例1]在单缝衍射实验中，透镜焦距为0.5m，入射光波长λ=500nm，缝宽a=0.1mm。求(1)中央明纹宽度; (2)第一级明纹宽度 解：(1)中央明纹宽度 (2)第一级明纹宽度为第一级暗纹和第二级暗纹间的距离 [例2]如图一 ? 的单色平面波,沿着与缝平面的法线成? 角方向,入射到宽为a 的单缝 AB 上。写出各级暗条纹对应的衍射角θ满足的条件