大学物理光学PPT3.ppt

* 哈尔滨工程大学理学院 第1章 质点力学 牛顿运动定律 光的衍射---单缝 光栅 哈尔滨工程大学理学院 第6篇 光学 * 第4章 光的衍射 第1节 光的衍射现象 圆孔衍射 单缝衍射 * * 三角孔衍射 方孔衍射 单缝衍射 三角孔衍射 正六边形孔 正八边形孔 夫 琅 禾 费 衍 射 光源、屏与缝相距无限远 缝 在实验中实现 夫琅禾费衍射 菲 涅 耳 衍 射 缝 光源、屏与缝相距有限远 一 衍射的分类 第2节 衍射的基本理论 二 惠更斯-菲涅耳原理 ：波阵面上面元 (子波波源) ： 时刻波阵面 * 子波在P点引起的振动振幅　　　并与　有关. 菲涅尔指出 衍射图中的强度分布是因为衍射时， 波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定. 点振动是各子波在此产生的振动的叠加 . 第3节 单缝夫琅和费衍射 夫 琅 禾 费 单 缝 衍 射 衍射角 （衍射角 ：向上为正，向下为负 .） 菲涅尔波带法 一　半波带法 缝长 （ 个半波带） 干涉相消（暗纹） 干涉加强（明纹） （介于明暗之间） 个半波带 个半波带 中央明纹中心 二　光强分布 干涉相消（暗纹） 干涉加强（明纹） Ｏ 当 较小时， 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. 第一暗纹的衍射角 角范围 线范围 中央明纹的宽度 （2）中央明纹 （ 的两暗纹间） 光直线传播 增大， 减小 一定 减小， 增大 衍射最大 单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？ 越大， 越大，衍射效应越明显. 入射波长变化，衍射效应如何变化 ? （4）单缝衍射的动态变化 单缝上移，零级明纹仍在透镜光轴上. 单缝上下移动，根据透镜成像原理衍射图不变 . （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 （5）入射光非垂直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） 白光垂直照射 由于白光是由七种颜色的光复合而成，每一种单色光形成的明暗纹的位置对同一级来说是不同的（因为 ），结果使不同波长的光对同一级形成的条纹错开，从而形成关于中心对称的彩色条纹。但对中央明纹来说仍为白色. 问题：同一级中，哪一条离中央明 纹远，哪一条近？ 例1 设有一单色平面波斜射到宽度为a的单缝上（如图），求各级暗纹的衍射角θ. 解 由暗纹条件 例2 如图，一雷达位于路边15m 处，它的射束与公路成150角. 假如发射天线的输出口宽度b=0.10m，发射的微波波长是18mm ，则在它监视范围内的公路长度大约是多少？ 解 将雷达天线输出口看成是发出衍射波的单缝， 衍射波能量主要集中在中央明纹范围内. b=0.10m 150 d=15m b=0.10m 150 d=15m θ θ 根据暗纹条件 例3 在宽度a=0.6mm的狭缝后d=40cm处有一与狭缝平行的屏，如图所示。如以平行单色光自左面垂直照射狭缝，在屏上形成衍射条纹，若在离o点为x=1.4mm的p点，看到的是明纹。试求 ： (1)该入射光的波长；(2) p点的条纹级数； (3)从p点来看，对该 光波而言，狭缝的 波振面可分半波带 的数目。 p x a d o （2）由上问知k=3或k=4 （3）由菲涅耳半波带法可知，可以分成 2k+1个半波带。即可分为7 或9 个。 解 (1) d x sin q q \ tan d x Q ? ? 3 2 1 = k ， ， ： … ( ) 2 / 1 2 sin l q + = k a 由单缝衍射加强条件得 ? 可间光范围内，k=3，4 k=3，?=6000? k=4，?=4670? ( ) 2 / 1 2 4 . 0 / 0014 . 0 6 . 0 l + = k ? 第5节 光栅衍射 一　光栅及其衍射条纹的形成 由许多等宽、等距离的狭缝排列起来形成的光学元件 . 衍射光栅分类： 透射光栅 反射光栅 L 衍射角 f O P θ a a：透光部分的宽度 b b：不透光部分的宽度 d = a+b，为光栅常数 光栅衍射条纹是衍射和干涉的总效果 相邻两缝间的光程差： a：透光部分的宽度 b：不透光部分的宽度 d = a+b，为光栅常数 L 衍射角 f O P θ a b 明纹位置： 讨 论 　光强分布 　条纹最高级数 1 条 缝 20 条