06单缝、圆孔.pptVIP

二、衍射现象的分类 ： 三 .惠更斯——菲涅耳原理： 例题 在单缝衍射实验中，透镜焦距f =0.5m， 例题 若有一波长为 ?=600nm 的单色平行光， * 波动光学 张三慧教材： 20.1、20.2、20.3 20.4（不要求） 毛骏健教材： 12-4-1、12-4-2、12-4-3、12-4-5 12-4-4 （了解内容） 光的衍射、单缝衍射、圆孔衍射 §1 惠更斯-菲涅耳原理 一.光的衍射现象： 光在传播过程中能绕过障碍物的边缘而 偏离直线传播的现象叫光的衍射。 不但光线拐弯,而且在屏上出现明暗相间的条纹。 * S 衍射屏 观察屏 a ? 例1. 这是光具有波动性的重要表现。 ? * S 衍射屏 观察屏 L? L 例2. ? 菲涅耳衍射 ?? 夫琅和费衍射 光源—衍射物—观察屏 距离为有限远。 光源—衍射物—观察屏 距离为无限远。 观察比较方便，但定量计算却很复杂。 计算比较简单。 P 衍射物 观察屏 L1 L2 S f2 f1 P 惠——菲原理：波传到的任何一点都是子波的波源，各子波在空间某点的相干叠加，就决定了该点波的强度。 惠更斯原理有不足。 下节将介绍菲涅耳提出的一种简便的分析方法……半波带法， 它在处理一些有对称性的问题时， 既方便，物理图象又清晰。 计算 P点处的光振幅相当复杂（超出了本课范围）。 ? · · p dE(p) r Q dS S(波前) n (1)中央亮纹最亮； 中央亮纹宽度是其他亮纹 宽度的两倍； 其他亮纹的宽度相同； 亮度逐级下降。 (2)缝 a 越小，条纹越宽。 （即衍射越厉害） (3)波长? 越大，条纹越宽。 （即有色散现象) 屏幕 屏幕 如何解释这些实验规律？ 单缝衍射图样的实验规律： § 2 夫琅禾费单缝衍射 ? * S 衍射屏 观察屏 L? L . 设单缝的宽度为a（b），则缝的两条边缘光线到达 P点的光程差为： ? = a sin ? S * f ? a ? ? 透镜L? 透镜L · p A B 缝平面 观察屏 0 δ S: 单色光源 波长为 ? ? : 衍射角 一.(菲涅耳)半波带法 设考虑屏上的 P点 (它是 ? 衍射角 平行光的 会聚点)。 当 ? =0时, P 在 O 点,为中央亮纹的中心； 这些平行光到达 O点是没有相位差的， O点是明纹。 当 ? ? 时,相应P点上移，各条光线之间产生了相位差，所以P点光强减小； 第一暗纹的 ?是多大呢? S * f f ? a ? ? 透镜L? 透镜L · p A B 缝平面 观察屏 0 δ 当 光程差 ? = a sin? = 2×?/2 时, 两个“半波带”上相应的光线1与1’在P点的相位差为?， ? -----衍射角. a θ 1′ 2 B A 半波带 半波带 1 2′ λ/2 半波带 半波带 1 2 1′ 2′ 所以两个“半波带”上发的光，在 P 点处干涉相消， 就形成第一条暗纹。 两个“半波带”上相应的光线2与2’在P点的相位差为?， 如图所示，可将缝分成了两个“半波带”： 当 ? = 2? 时，可将缝分成四个“半波带”， 它们发的光在 P 处两两相消，又形成暗纹…… 当 ? 再? ，? =3?/2时， a λ/ 2 B A θ θ a B A λ/ 2 其中两个相邻的半波带发的光在 P 点处干涉相消， 剩一个“半波带”发的光在 P 点处叠加，P点 处即为 中央亮纹旁边的那条亮纹的中心。 一般情况： 可将缝分成三个“半波带”， 或 中央亮纹的边缘即第一级暗纹中心对应的衍射角?1，称为 中央亮纹的半角宽 1? ……其他明纹(中心) 而 3? 或 ……暗纹(中心) 2? （注意k ? 0） （注意k ? 0） ……中央明纹(中心) (2) 缝 a 越小，条纹越宽。 (3) 波长 ? 越大，条纹越宽。 屏幕 屏幕 sin? ? /a 0 -?/a -2?/a -3?/a 2?/a 3?/a 暗纹 明纹 4?条纹在屏上的位置 单缝 中央亮纹宽度是 其他亮纹宽度的两倍； ?1 中央亮纹的半角宽 ?x f 明纹暗纹及相对光强的图示 ?x0 中央亮纹的宽度?x0 其余亮纹的宽度?x 相对光强随 的变化如下图： ? /a -(? /a) 2(? /a) -2(? /a) sin? 0.047 0.017 1 I / I0 0 相对光强曲线 0.047 0.017 可见，绝大部分能量集中在中央亮纹区域。 1、缝宽变化对条纹的影响 — 缝宽越小，条纹间隔越宽。 只有中央明纹，屏幕一片亮。 I 0 sin? 几何光学是波动光学在a ? 的极限情形。 只显出单一的明条纹 ? 单缝的几何光学像 分析与讨论： 从本质上讲，干涉和衍射都是波