光柵衍射現(xiàn)象衍射光柵.ppt

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1、光在傳播過程中遇到障礙物時，會偏離直線傳播的現(xiàn)象，稱為光的衍射現(xiàn)象。光的衍射第15章第1節(jié)惠更斯-菲涅耳原理一、惠更斯-費涅耳原理惠更斯原理：波面上的任一點都可以看作能向外發(fā)射子波的新波源，波的前方空間某一點P的振動就是到達該點的所有子波的相干疊加。波前上每一點都可以看作是發(fā)出球面子波的新波源，這些子波的包絡(luò)面就是下一時刻的波前?；莞?菲涅耳原理:面元dS處的振動媒質(zhì)在P點引起的振動：式中:C為比例系數(shù)，K(θ)是隨θ變化的函數(shù)，r是P點到面元dS的距離。P點的光振動為：縫較大時，光是直線傳播的縫很小時，衍射現(xiàn)象明顯陰影屏幕屏幕二、光的衍射現(xiàn)象及其分類光源障

2、礙物接收屏光源障礙物接收屏衍射的分類:菲涅耳衍射:夫瑯禾費衍射:衍射系統(tǒng)由光源、衍射屏、接收屏組成。當(dāng)光源與觀察屏(或其中之一)離障礙物為有限遠時產(chǎn)生的衍射。當(dāng)光源和觀察屏離障礙物的距離都為無限遠時所產(chǎn)生的衍射。S*單縫衍射實驗裝置屏幕第2節(jié)夫瑯禾費單縫衍射寬度遠小于長度的矩形狹縫，稱為單縫。一、菲涅耳半波帶ABfxC??P單縫兩端點A和B發(fā)出兩條光線到達P點的光程差：衍射角不同，最大光程差也不同，P點位置不同，光的強度分布取決于最大光程差將單縫上的波陣面劃分為若干面積相等的部分，若每部分最邊緣的兩條光線到屏上的光程差，這樣的波帶稱半波帶。λ2?λ2λ2λ2a

3、sin?AB面可以分成多少個半波帶由下式確定:式中:m為半波帶數(shù)目。二、明紋和暗紋公式PO點的干涉相互加強，出現(xiàn)明紋。ABf1、中央明紋菲涅耳半波帶法λ2?λ2λ2λ2asin?兩個相鄰的半波帶上對應(yīng)點發(fā)出的子波會聚于P點時，其光程差恰好為λ/2，因此干涉相消。AB面分成奇數(shù)個半波帶，出現(xiàn)亮紋AAABCaxfφ12φλ2λ2λ2.....P..2、亮紋公式φ.AAABCaxfφ12λ2.....A3P...AB面分成偶數(shù)個半波帶，出現(xiàn)暗紋3、暗紋公式結(jié)論：分成偶數(shù)半波帶為暗紋。分成奇數(shù)半波帶為明紋。正、負號表示衍射條紋對稱分布于中央明紋的兩側(cè)對于任意衍射角，單

4、縫不能分成整數(shù)個半波帶，在屏幕上光強介于最明與最暗之間。三、單縫衍射條紋分布的特點1、中央明紋最亮、最寬，其角寬度等于其他明紋角寬度的2倍。中央明紋的角寬度：其他明條紋的角寬度：2、條紋的光強隨著級次的增大而減小。當(dāng)?角增加時，半波帶數(shù)增加，未被抵消的半波帶面積減少，所以光強變小。3、當(dāng)用白光照射時，除中央明紋仍為白色外，其它明紋均為由紫到紅的彩色條紋。不同波長，不同級次的條紋可能產(chǎn)生重疊現(xiàn)象。明紋與明紋重疊條件：明紋與暗紋重疊條件：例、一束波長為?=500nm的平行光垂直照射在一個單縫上。(1)已知單縫衍射的第一暗紋的衍射角?1=300，求該單縫的寬度a=?

5、解：(1)第一級暗紋k=1,?1=300例、一束波長為?=500nm的平行光垂直照射在一個單縫上。(2)如果所用的單縫的寬度a=0.5mm，縫后緊挨著的薄透鏡焦距f=1m，求：(a)中央明條紋的角寬度；(b)中央亮紋的線寬度；(c)第一級與第二級暗紋的距離；(a)(b)(c)例、一束波長為?=500nm的平行光垂直照射在一個單縫上。a=0.5mm，f=1m(3)如果在屏幕上離中央亮紋中心為x=3.5mm處的P點為一亮紋，試求(a)該P處亮紋的級數(shù)；(b)從P處看，對該光波而言，狹縫處的波陣面可分割成幾個半波帶？(b)當(dāng)k=3時，光程差狹縫處波陣面可分成7個半波

6、帶。第3節(jié)圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨率一、圓孔衍射第一暗環(huán)所圍成的中央光斑稱為愛里斑愛里斑半徑d對透鏡光心的張角稱為愛里斑的半角寬度點光源經(jīng)過光學(xué)儀器的小圓孔后，由于衍射的影響，所成的象不是一個點而是一個明暗相間的圓形光斑。S1S2D**愛里斑二、光學(xué)儀器的分辨率若兩物點距離很近，對應(yīng)的兩個愛里斑可能部分重疊而不易分辨瑞利判據(jù)：若一個物點的愛里斑中心恰好與另一個物點的愛里斑邊緣重合，認(rèn)為這兩個點光源恰好能為這一光學(xué)儀器所分辨。恰能分辨能分辨不能分辨s1s2?0?0D**在恰能分辨時，兩個點光源在透鏡前所張的角度，稱為最小分辨角?0，等于愛里斑的半角寬度。D為光學(xué)儀

7、器的透光孔徑最小分辨角的倒數(shù)稱為光學(xué)儀器的分辨率提高光學(xué)儀器分辨率的兩條途徑：①增大透鏡的透光孔徑（如照相機）。②減小觀測光波的波長（如電子顯微鏡）。第4節(jié)光柵衍射一、光柵衍射現(xiàn)象衍射光柵：由大量等間距、等寬度的平行狹縫所組成的光學(xué)元件。用于透射光衍射的叫透射光柵。用于反射光衍射的叫反射光柵。光柵常數(shù)：a+b數(shù)量級為10-5~10-6mabxf0屏?ab+??衍射角(a+b)sin?—相鄰兩縫光線的光程差二、光柵的衍射規(guī)律光柵每個縫形成各自的單縫衍射圖樣。光柵衍射條紋是單縫衍射與多光束縫干涉的總效果。光柵縫與縫之間形成的多光束干涉圖樣。1、光柵公式任意相鄰兩縫

8、對應(yīng)點在衍射角為?方向的兩衍射光到達P